90 miljoen voor miljoenste millimeter

90 miljoen voor miljoenste millimeter

Het nanotechnologie-onderzoekscentrum van IBM in Rüschlikon zal begin december klaar zijn voor overdracht — drie maanden eerder dan gepland. Een eerste blik op het 90-miljoen-frankenkostenproject.

Het is hier stil. Enorm stil. Als we een naald zouden laten vallen, zouden we waarschijnlijk niet alleen de klank op de grond horen, maar ook hoe hij door de lucht snijdt bij het vallen. We bevinden ons in een kern van het nieuwe onderzoekscentrum voor nanotechnologie (zie kader) van IBM in Rüschlikon. Het is een van de Noisefree-labs — een geluidsvrij laboratorium dus. Zes van dergelijke laboratoria zullen de onderzoekers bij de overdracht van het centrum op 10 december ontvangen. Om hier fundamenteel onderzoek te doen met uiterst gevoelige metingen en experimenten.

Zoals Kerstmis

Voor de onderzoekers zal dat geen vroeg kerstcadeau zijn, maar alsof ze slechts één keer in hun leven Kerstmis vieren: «We hebben heel lang gewacht op zulke laboratoria», zegt IBM-onderzoeker Emanuel Lörtscher. «Ze zullen uniek zijn in de wereld.» De IBM-onderzoekers hopen de huidige meetlat van het gerenommeerde National Institute of Standards and Technology in de VS hoger te leggen. Het instituut coördineert bijvoorbeeld de wereldtijd met zijn atoomklok.

Niet alleen de stilte maakt deze eerder kleine ruimtes met een vloerplan van ongeveer vijf bij zes meter zo uniek. Ze zijn ook bijna trillingsvrij en laten geen elektromagnetische straling binnen, bijvoorbeeld van externe stroomleidingen — telefoneren met de mobiele telefoon is daarbinnen niet mogelijk. De temperatuur wordt stabiel gehouden: hij mag niet meer dan 0,1 graden per uur veranderen. De onderzoekers — zij zijn uiteindelijk de grootste bron van verstoring in het laboratorium — controleren de experimenten vanuit een aangrenzende ruimte. Van daaruit kunnen ze zelfs de ventilatie in de experimenteerruimte volledig uitschakelen en alleen met koeling van het plafond werken, omdat de ventilatie luchtgeluid veroorzaakt. Wat voor het menselijke oor nauwelijks meer hoorbaar is, zou de uiterst gevoelige onderzoekswerkzaamheden op het gebied van atomen of zelfs elektronen-spins kunnen verstoren en resultaten vervalsen.

40 ton zweven

Deze laboratoria bevinden zich in de kelder van het nieuwe gebouw: ervaringen tonen aan dat daar de trillingen het minst zijn. In Rüschlikon staan ze direct op de bodem. De miljoenen kostende instrumenten zoals een elektronenstraal-schrijver of een transmissie-elektronenmicroscoop worden bovendien op een betonnen blok met een gewicht van meer dan 40 ton gemonteerd. En deze staat weer niet direct op de grond, maar zweeft op actief geregelde luchtkussens.

Sinds iets meer dan een jaar zijn de arbeiders in Rüschlikon aan het bouwen: de eerste steen werd gelegd op 2 juni 2009. IBM bouwt het centrum, dat 60 miljoen frank zal kosten. Nog eens 30 miljoen frank investeren IBM en ETH Zürich in apparatuur. Dat er een samenwerking met ETH zal komen, was vanaf het begin duidelijk. Ze zal zich in het onderzoekscentrum huren: ze zal een hele verdieping met kantoren en laboratoria bezetten en samen met IBM in een cleanroom van 900 vierkante meter onderzoek doen.

Oorspronkelijk was de overdracht van het gebouw gepland voor maart 2011. Maar deze zal nu al veel eerder plaatsvinden: op 10 december, zegt IBM-projectmanager Roger Schneider: «In de afgelopen weken waren tot wel 140 vakbekwame arbeiders op de bouwplaats actief, wat veel planning en logistiek vereiste.»

En ook veel flexibiliteit. Flexibiliteit is een term die centraal staat in het hele project. «In zo'n wetenschappelijke onderzoeksomgeving wordt voortdurend verbouwd, de behoeften veranderen voortdurend», zegt Schneider. Daarom moest bij de planning al minutieus worden gelet op het dat alle ruimtes flexibel kunnen worden gebruikt en aangepast. Want in het centrum moet minstens de komende 25 tot 30 jaar worden onderzocht. Zo kunnen in de twee kantoorverdiepingen ook kleine laboratoria worden ingericht.

Hogere eisen

De ruimtes op één verdieping zijn nog vrij: IBM zoekt naast ETH en het Zwitserse materiaaltest- en onderzoeksinstituut (Empa) naar andere partners. Het bedrijf denkt volgens woordvoerder Christopher P. Sciacca aan universiteiten en andere private bedrijven.

Flexibiliteit, maar ook de hoogste eisen stellen het hele project ook aan de bouwleiding, zegt Mike Critchley van Beta Projektmanagement AG in Zürich. «De eisen die het onderzoekscentrum aan ons stelt, zijn hoger dan bij de bouw van een ziekenhuis», zegt hij. Hij illustreert dit met een voorbeeld: «Voor de bouw moesten we een gebouw slopen. Dat moest zonder trillingen gebeuren.» Want: in de laboratoria werken de onderzoekers zonder onderbreking. «Het gevaar om een langdurig experiment te vernietigen, zou te groot zijn geweest», zegt Mike Critchley. Daarom werden de palen voor het nieuwe onderzoekscentrum niet geheid, maar geboord. Bovendien is de voorziening van de 900 vierkante meter grote cleanroom op de begane grond zeer complex: leidingen moesten worden aangelegd voor de levering van stroom, procesgassen, koelwater, perslucht en hoogwaardig water.

Volledig bedrijf na drie jaar

In de cleanroom worden in de toekomst micro- en nanostructuren geproduceerd in verschillende vaste-stoffen materialen. Om zulke kleine structuren foutloos te kunnen maken, moet de lucht extreem sterk worden gefilterd, zodat geen storende deeltjes op de onderdelen terechtkomen. Temperatuur en luchtvochtigheid moeten ook nauwkeurig worden gecontroleerd en geregeld.

Totdat de cleanroom volledig in bedrijf is en alle processen zijn afgestemd, zal het nog drie jaar duren na de overdracht, zegt Roland Germann, manager Nanocenter Operations. «In het eerste jaar zullen we ongeveer de helft van de 30 miljoen frank voor de apparatuur uitgeven. En in de daaropvolgende jaren telkens 7,5 miljoen frank.»

Warmte in de aarde

Het gebouw wordt volgens de Minergie-standaard gebouwd en zal beschikken over energiewisselaars. Vier kilometer aardepunten zijn onder de ondergrondse parking aangelegd. Het bijzondere eraan: in de zomer zal IBM warmte, die ontstaat in de technische installaties zoals de twee enorme ventilatiemachines voor de Noisefree-labs en de cleanroom, in de bodem transfereren. Deze opgeslagen energie wordt in de koelere maanden weer uit de bodem gehaald. «Ongeveer 70 procent van de afvoerlucht kunnen we zo benutten», zegt IBM-projectmanager Roger Schneider.

Afbeelding: Zo zal het gebouw er uiteindelijk uitzien: nanotechnologie-onderzoekslaboratorium van IBM (IBM)
Auteur: Thomas Zemp

Van de nanotechnologie wordt verwacht dat ze innovaties op verschillende gebieden zal brengen. Vandaag al bekend zijn bijvoorbeeld krasbestendige autolak of vuilafstotende textiel. Nog groter potentieel zien experts in gebieden zoals nano-elektronica, sensortechnologie, geneeskunde en energie- en milieutechniek.

Onder nanotechnologie verstaan onderzoekers de techniek achter materialen en systemen, waarvan de structuren een grootte hebben van 1 tot 100 nanometer. Dat is ongeveer 400 keer dunner dan een mensenhaar. Een nanometer komt overeen met een miljoenste millimeter.

Onderzoeksfocus van IBM en ETH Zürich in het nieuwe centrum varieert van fundamenteel onderzoek tot toegepaste wetenschap. De gezamenlijke gebieden omvatten koolstofgebaseerde materialen, nanodraden, nano-fotonica en spintronica.