Eintauchen in die Welt der Nanomaterialien: MQV-Girls’Day am Walter Schottky Institut

Neuigkeit

Am 23. April 2026 nahmen 14 Schülerinnen im Alter von 14 bis 16 Jahren am Girls’Day-Programm des Munich Quantum Valley teil, das in diesem Jahr in Zusammenarbeit mit und am Zentrum für Nanotechnologie und Nanomaterialien des Walter Schottky Instituts (WSI) stattfand. Bei Experimenten und einer Laborführung erhielten die Teilnehmerinnen einen umfassenden Einblick in die Forschung zu zweidimensionalen Materialien und konnten verschiedene Arbeitsschritte, die zum Arbeitsalltag der Forschenden am WSI gehören, selbst durchführen.

Zum Start in den Tag werden erst einmal Laborbücher gebastelt: Mit DINA4-Blättern und Tacker, rotem Einband und passendem Etikett werden geschwind kleine DIN-A5-Hefte gestaltet – ganz ähnlich den Laborbüchern, die die Wissenschaftler:innen am WSI selbst in ihrer täglichen Arbeit benutzen. Damit ausgestattet geht es für die Mädchen dann auch schon los mit dem eigentlichen Programm.

In einer kurzen Einführung erklärt Nina Pettinger, Doktorandin am WSI, zunächst, was es denn eigentlich mit zweidimensionalen Materialien auf sich hat, also mit ultradünnen Materialschichten, die zum Teil nur ein Atom „dick“ sind. Dann geht es für die Mädchen daran, eigene Materialproben herzustellen. Dafür benötigen sie zunächst eine geeignete „Unterlage“ für ihr Material, wie Nina Pettinger und Johannes Schmuck, ebenfalls Doktorand am WSI, es nennen, und führen den Mädchen das sogenannte Wafer-Cleaving vor, bei dem es darum geht, den Siliziumwafer präzise in kleine Stücke zu brechen. Mit einem scharfen, Skalpell-artigen Messer legt Nina Pettinger die Sollbruchstelle fest, um den Wafer dann entlang dieser zu brechen. Nach der Einführung durch die Profis dürfen die Mädchen selbst Hand anlegen und schon nach kurzer Zeit liegen ausreichend kleine Rechtecke Silizium-Substrat bereit.

Ultradünne Materialschichten herstellen wie die Forschenden im Labor

Die Materialprobe auf das Silizium-Substrat zu übertragen erfordert Fingerspitzengefühl.

Im nächsten Schritt geht es ans sogenannte Exfolieren. Nacheinander ziehen die Mädchen mit Hilfe von handelsüblichem Klebefilm eine dünne Materialschicht von einem etwa zentimetergroßen Graphit-Kristall ab. Dann führt Johannes Schmuck vor, wie man unter Zuhilfenahme eines weiteren Stücks Klebefilm immer dünnere Schichten erhält, indem man wiederholt die beiden Streifen aneinanderklebt, sodass das Material dazwischen eingeschlossen ist, und wieder voneinander abzieht. Da es doch einiges an Übung braucht, um tatsächlich Monolagen von Graphit, also Graphen, zu exfolieren, ist das Ziel am Girls‘Day erst einmal, möglichst dünne Graphit-Flocken zu erhalten. Die beiden Wissenschaftler:innen raten den Schülerinnen, die Klebefilmstreifen gegen das Licht zu halten, um zu prüfen, ob sich hellgraue Bereiche erkennen lassen, also Bereiche, in denen das Material bereits sehr dünn und somit lichtdurchlässiger ist. Johannes Schmucks Vorschlag, ruhig mehrere Streifen Klebefilm zu exfolieren, da man auch im echten Arbeitsalltag oft erst beim sechzehnten Versuch ein zufriedenstellendes Ergebnis erhalte, setzen die Mädchen eifrig in die Tat um – am Ende des Tages sind drei Rollen Klebefilm aufgebraucht.

Die Materialproben, die die Mädchen als am vielversprechendsten einstufen, werden dann auf die vorbereiteten Silizium-Substrate aufgebracht. Da Wärme dafür sorgt, dass das Material besser am Substrat haften bleibt und sich vom Klebefilm löst, erfolgt dieser Schritt auf einer Heizplatte. Etwas „Friemelarbeit“ ist das Hantieren mit Pinzette & Co. durchaus, aber die Mädchen beweisen allesamt sehr viel Fingerspitzengefühl. Schließlich sind ihre Proben fertig. Ob sich darauf „gute Flakes“, also ausreichend dünne Graphit-Flocken befinden, wird später noch unter dem Mikroskop überprüft, aber zunächst geht es auf einen Streifzug durch das Institut.

Bei einer Laborführung Forschenden über die Schulter blicken

Die Mädchen tragen die Datenpunkte ihrer Strom-Spannungs-Messung in ihre Laborbücher ein.

Aufgeteilt in zwei Gruppen besuchen die Schülerinnen unter anderem das Chemielabor sowie verschiedene Labore, in denen die Forschenden des WSI ihre Materialproben unter extremen Bedingungen wie sehr hohen Magnetfeldern oder ultrakalten Temperaturen, oder mit Hilfe von Lasern untersuchen. Ein Highlight der Führung ist der Blick in den Reinraum, in dem die Luft nahezu frei ist von unerwünschten Partikeln und in dem die Proben normalerweise hergestellt werden. Als die Mädchen den Reinraum passieren, sind gerade einige Wissenschaftler:innen darin zu Gange und so können die Schülerinnen durch die großen Fenster beobachten, wie diese in voller Montur – ausgestattet mit Reinraumanzug inklusive Kappe, Mundschutz, speziellen Schuhen und Handschuhen – mit Chemikalien hantieren oder ihre Proben unter dem Mikroskop inspizieren. 

Nach einer Mittagspause im sonnenbeschienenen Sitzbereich vor dem Institut geht es weiter mit den eigenen Experimenten. Die zuvor vorbereiteten Proben werden nun unter das Mikroskop gelegt und auf der Suche nach einer schönen Graphit-Flocke akribisch abgescannt. Da das Mikroskop mit einem großen Bildschirm verbunden ist, können die Mädchen in Teamarbeit danach Ausschau halten. Für jede Teilnehmerin wird eine schöne Flocke gesucht, fotografiert und ausgedruckt. Den Ausdruck kleben die Mädchen dann, ebenso wie ihre Klebefilm-Streifen, zur Dokumentation in ihr Laborbuch. Eifrig wird gemeinsam überlegt und diskutiert, wie man das, was man gemacht hat, am besten schriftlich festhält. Ab und zu wird sich bei Nina Pettinger und Johannes Schmuck auch nochmal rückversichert, dass man auch wirklich den richtigen Begriff verwendet: „E-x-f-o-l-i-e-r-e-n?“

Zu guter Letzt dürfen die Mädchen noch die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Probe messen. Verschiedene Spannungen werden am Messgerät eingestellt, der Strom abgelesen und die Messpunkte fein-säuberlich in das Koordinatensystem eingetragen, das sie auf Millimeterpapier bereits vorgezeichnet und in ihr Laborbuch geklebt haben. Die Messpunkte ergeben eine Gerade. „Das ist ein Ohm‘scher Widerstand!“, stellt eines der Mädchen fest.

Zum Abschluss des Programms erzählen Nina Pettinger und Johannes Schmuck ein bisschen aus ihrem Forschungsalltag. Der bestehe nicht nur aus Laborarbeit. Auch Konferenzen, auf denen man seine Forschung vorstelle und mit anderen Forschenden über spannende Fragen diskutiere, gehöre zur Arbeit einer Wissenschaftlerin dazu. Barcelona, Venedig, Paris – dass man in diesem Zuge auch mal die ein oder andere schöne Stadt zu sehen bekomme, sei ein sehr netter Nebeneffekt dieses wissenschaftlichen Austauschs. Wie denn das Physikstudium so sei, will eines der Mädchen wissen. Eine andere Schülerin sagt, sie interessiere sich vor allem für Elektrotechnik. Mit neuen Einblicken und einem gut gefüllten Laborbuch machen sich die Schülerinnen schließlich wieder auf den Nachhauseweg.

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