90 milionów za milionową milimetra

90 milionów za milionową milimetra

Centrum badań nanotechnologicznych IBM w Rüschlikon będzie gotowe do przekazania na początku grudnia ? o trzy miesiące wcześniej niż planowano. Przyglądamy się projektowi za 90 milionów franków.

Tu panuje cisza. Ogromna cisza. Gdybyśmy upuścili igłę, prawdopodobnie usłyszelibyśmy nie tylko jej upadek na podłogę. Ale także, jak przecina powietrze podczas spadania. Znajdujemy się w sercu nowego centrum badawczego nanotechnologii (patrz ramka) IBM w Rüschlikon. To jedno z laboratoriów bez hałasu ? czyli laboratorium wolne od hałasu. Sześć takich laboratoriów otrzymają naukowcy podczas przekazania centrum 10 grudnia. Aby prowadzić tu badania podstawowe z ekstremalnie czułymi pomiarami i eksperymentami.

Jak Boże Narodzenie

Dla naukowców nie będzie to przedwczesny prezent świąteczny, lecz tak, jakby obchodzili Boże Narodzenie tylko raz w życiu: „Na takie laboratoria czekaliśmy bardzo długo”, mówi naukowiec IBM Emanuel Lörtscher. „Będą unikalne na świecie.” Naukowcy IBM liczą na podniesienie poprzeczki pomiarowej w porównaniu z renomowanym Narodowym Instytutem Standaryzacji i Technologii (NIST) w USA. Instytut ten koordynuje na przykład czas światowy za pomocą swojego zegara atomowego.

Nie tylko cisza czyni te raczej małe pomieszczenia o planie około pięciu na sześć metrów tak wyjątkowymi. Są one także niemal wolne od drgań i nie przepuszczają elektromagnetycznego promieniowania, na przykład z zewnętrznych linii energetycznych ? rozmowa przez telefon komórkowy wewnątrz jest niemożliwa. Temperatura jest utrzymywana na stabilnym poziomie: nie może się zmienić więcej niż o 0,1 stopnia na godzinę. Naukowcy ? którzy w końcu są największym źródłem zakłóceń w laboratorium ? kontrolują eksperymenty z pomieszczenia bocznego. Stamtąd mogą nawet całkowicie wyłączyć wentylację w pomieszczeniu eksperymentalnym i pracować tylko z chłodzeniem z sufitu, ponieważ wentylacja powoduje hałas powietrza. Co dla ludzkiego ucha jest ledwo słyszalne, może zakłócić bardzo czułe badania w zakresie atomów lub nawet spinów elektronów i zafałszować wyniki.

Unosi się 40 ton

Te laboratoria znajdują się na podziemiu nowego budynku: doświadczenia pokazują, że tam drgania są najmniejsze. W Rüschlikon stoją one bezpośrednio na gruncie. Narzędzia warte miliony, takie jak skaner elektronowy czy mikroskop transmisyjny elektronowy, są zamontowane na betonowym bloku ważącym ponad 40 ton. A ten z kolei nie stoi bezpośrednio na podłodze, lecz unosi się na aktywnie sterowanych poduszkach powietrznych.

Od nieco ponad roku pracownicy w Rüschlikon budują: kamień węgielny został położony 2 czerwca 2009 roku. IBM realizuje budowę, która będzie kosztować 60 milionów franków. Kolejne 30 milionów franków zainwestują IBM i ETH Zürich w urządzenia. Od początku było jasne, że dojdzie do współpracy z ETH. Wynajmą oni cały piętro z biurami i laboratoriami oraz będą wspólnie z IBM prowadzić badania w czystym pomieszczeniu o powierzchni 900 metrów kwadratowych.

Początkowo planowano przekazanie budowy na marzec 2011 roku. Teraz jednak nastąpi to znacznie wcześniej: 10 grudnia, jak mówi menedżer projektu IBM Roger Schneider: „W ostatnich tygodniach na placu budowy pracowało nawet do 140 rzemieślników, co wymagało dużego planowania i logistyki.”

A także dużej elastyczności. Elastyczność to słowo kluczowe w całym projekcie. „W takim środowisku naukowym ciągle dochodzi do przebudów, potrzeby się zmieniają”, mówi Schneider. Dlatego już na etapie planowania musiano dokładnie zadbać o to, aby wszystkie pomieszczenia można było elastycznie wykorzystywać i przebudowywać. Ponieważ w centrum ma być prowadzonych badania przez co najmniej najbliższe 25 do 30 lat. W ten sposób w dwóch piętrach biurowych można także urządzić małe laboratoria.

Wyższe wymagania

Pokoje na jednym piętrze są jeszcze wolne: IBM szuka obok ETH i Federalnego Instytutu Materiałów i Inżynierii Badawczej (Empa) innych partnerów. Firma według rzecznika prasowego Christophera P. Sciacca rozważa uniwersytety i inne prywatne przedsiębiorstwa.

Elastyczność, ale także najwyższe wymagania stawia cały projekt kierownictwu budowy, mówi Mike Critchley z Beta Projekt Management AG w Zurychu. „Wymagania, które stawia nam centrum badawcze, są wyższe niż przy budowie szpitala”, mówi. Ilustruje to na przykładzie: „Przed rozpoczęciem budowy musieliśmy wyburzyć budynek. Musiało to się odbyć bez drgań.” Bo: w laboratoriach naukowcy pracują bez przerwy. „Zbyt duże ryzyko zniszczenia długoterminowego eksperymentu byłoby zbyt duże”, mówi Mike Critchley. Dlatego fundamenty pod nowe centrum badawcze nie zostały wbijane, lecz wiercone. Ponadto zaopatrzenie 900-metrowego czystego pomieszczenia na parterze jest bardzo skomplikowane: trzeba było poprowadzić linie zasilające dla urządzeń z prądem, gazami procesowymi, wodą chłodzącą, sprężonym powietrzem i wysokiej czystości wodą.

Pełna działalność po trzech latach

W czystym pomieszczeniu w przyszłości będą produkowane mikro- i nanostruktury w różnych materiałach stałych. Aby móc bezbłędnie wytwarzać tak małe struktury, powietrze musi być ekstremalnie dokładnie filtrowane, aby nie dostały się na elementy żadne zakłócające cząstki. Temperatura i wilgotność powietrza muszą być również dokładnie kontrolowane i regulowane.

Do momentu, gdy czyste pomieszczenie będzie w pełni operacyjne i wszystkie procesy będą zharmonizowane, miną jeszcze trzy lata od przekazania budowy, mówi Roland Germann, menedżer operacji Nanocentra. „W pierwszym roku wydamy około połowę z 30 milionów franków na urządzenia. A w kolejnych latach po 7,5 miliona franków.”

Ciepło do ziemi

Budowa będzie wykonana według standardu Minergie i będzie miała wymienniki energii. Pod parkingiem podziemnym położono cztery kilometry sond gruntowych. Co jest w tym szczególnego: latem IBM będzie transferować ciepło powstałe w instalacjach technicznych, takich jak dwie ogromne maszyny wentylacyjne dla laboratoriów bez hałasu i czystego pomieszczenia, do ziemi. Ta zgromadzona energia będzie z powrotem pobierana z ziemi w chłodniejsze miesiące. „Około 70 procent odprowadzanego ciepła możemy w ten sposób wykorzystać”, mówi menedżer projektu IBM Roger Schneider.

Obraz: Tak będzie wyglądać budynek w przyszłości: laboratorium nanotechnologii IBM (IBM)
Autor: Thomas Zemp

Nanotechnologia: Mały rozmiar, wielki potencjał

Od nanotechnologii oczekuje się innowacji w różnych dziedzinach. Już dziś znane są na przykład odporne na zarysowania lakier do samochodów czy tekstylia odpychające brud. Jeszcze większy potencjał widzą eksperci w obszarach takich jak nanoelektronika, sensoryka, medycyna oraz technologia energetyczna i środowiskowa.

Pod nanotechnologią naukowcy rozumieją technikę, która stoi za materiałami i systemami, których struktury mają rozmiar od 1 do 100 nanometrów. To mniej więcej 400 razy cieńsze niż ludzki włos. Jeden nanometr to jedna milionowa milimetra.

Główne obszary badań IBM i ETH Zürich w nowym centrum obejmują od projektów badań podstawowych po badania stosowane. Wspólne dziedziny to materiały węglowe, nanowłókna, nano-fotonic i spintronika.