Sie sind die Kunsthandwerker des Mikrokosmos: Mit großem Geschick hantieren Nanophysiker mit Atomen und Molekülen und legen sie zu den erstaunlichsten Mustern zusammen: Kreise, Logos und sogar Schriftzüge, gerade mal ein paar Millionstel Millimeter groß. Irgendwann, so die Hoffnung, wird man damit auch komplexere Strukturen bauen können -elektronische Schaltkreise, Speicherelemente oder sogar winzige Nanoroboter. Das Werkzeug dafür ist bislang das Rasterkraftmikroskop. Dessen Kernstück: ein äußerst feine Spitze.

"Mit dieser Spitze findet man zuerst die Atome. Und dann schiebt man diese Objekte von einem Platz zu nächsten", sagt Svetlana Santer, Physikprofessorin an der Universität Potsdam. Zwar kann man mit der feinen Mikroskopspitze äußerst präzise hantieren und Atome gezielt zu den verschiedensten Gebilden zusammenschieben. Doch die Methode hat auch ihre Kehrseite - mangelnde Effizienz.

"Das ist von der Effizienz gesehen so, wie wenn man Ihren Wohnzimmerteppich mit der Pinzette staubsaugt. Das ist natürlich sehr präzise. Man kann sehr kleine Staubkörnchen finden. Aber wenn man viele Partikel bewegen möchte, ist die Methode nicht effizient."

Deshalb arbeiten Santer und ihr Team an einer anderen Methode: Statt die Atome auf der Oberfläche herumzuschubsen, bringen sie die Oberfläche dazu, sich auf und ab zu bewegen - wodurch Teilchen, die auf der Oberfläche herumliegen, ebenfalls in Bewegung geraten. Das ist in etwa so, als würde man Wellen in einen Teppich schlagen, wodurch ein darauf liegender Ball ins Rollen gerät. Der Vorteil: Man kann nicht immer nur einen Ball beziehungsweise ein Atom in Bewegung versetzen, sondern: "Viele Partikel bewegen sich gleichzeitig."

Um die Idee auf den Nanokosmos zu übertragen, verwenden Santer und ihr Team tatsächlich so etwas wie einen winzigen Teppich beziehungsweise eine winzige Bürste. Als Borsten fungieren lange Polymerketten, also Kunststoffmoleküle, die äußerst dicht aneinander geknüpft sind.

"Dies führt dazu, dass die Polymerketten sich ausstrecken wie die Haare einer Bürste. Deshalb der Name Polymerbürste."

Doch wie bringt man Bewegung in diese Nanobürsten, sodass sie als Fließband für winzige Teilchen agieren können? Das geht zum Beispiel mit Laserlicht, sagt Svetlana Santer. Licht nämlich hat auf die Polymerborsten eine überaus anregende Wirkung: "Das Polymer dehnt sich noch stärker, oder es kollabiert." Die Folge: Die sich auf und ab bewegenden Borsten schubsen die Nanoteilchen vor sich her und transportieren sie dadurch über die Oberfläche.

Dass das Konzept funktioniert, konnte das Team bereits mit winzigen Siliziumkügelchen zeigen, die auf dem Nanoteppich herumrollten, sobald dieser mit Laserlicht beleuchtet wurde. Um die dabei wirkenden Kräfte zu messen, ließen sich die Physiker ein besonderes Experiment einfallen: Sie überzogen die Nanobürste mit dem wohl stärksten Material der Welt, der Kohlenstoffverbindung Graphen. Das Ganze beleuchteten sie mit Laserlicht und verfolgten gespannt, wie stark die Nanoborsten die ultrastabile Graphenschicht dehnen und strecken konnten.

"Und wir haben herausgefunden, dass es eine ziemlich starke Dehnung gibt im Graphen. Das ist erstaunlich für uns."

In Zahlen: Die Forscher maßen einen Druck von zwei Gigapascal. Ein mehr als respektabler Wert.

"Man kann sich das so vorstellen: Man stellt sich auf ein Bein und nimmt dieses Gebäude auf die Hände. Und dieser Druck, den man auf der Erde erzeugt, wenn man dieses Gebäude hält - das ist ungefähr so ein Druck."

An der nötigen Kraft mangelt es der Nanobürste also nicht, das haben Santer und ihr Team damit gezeigt. Jetzt geht es unter anderem darum, die Bewegung der Nanoborsten genauer kontrollieren zu können. Auch wenn die Forschung noch in den Anfängen steckt - erste Ideen für Anwendungen haben die Experten schon im Blick. Zwar sie der Bau von Nano-Schaltkreisen oder winzigsten Maschinchen noch reine Zukunftsmusik, meint Santer. Doch das System könnte durchaus dazu taugen, Gemische aus verschiedenen Nanopartikeln zu sortieren, etwa Goldteilchen von Silber zu trennen - durchaus interessant für die Nanotechnolgie.

Und vielleicht ließe es sich auch für Reinräume verwenden - Reinräume, wie man sie in der Chipfertigung braucht. Hier könnte die Nanobürste als Filter fungieren, der winzige Staubteilchen aus der Luft fischt und mit den beweglichen Borsten aus dem Weg schafft.