ETH-Team gelingt die schnellste Drehung der Welt
Nanopartikel, die sich eine Milliarde Mal pro Sekunde um die eigene Achse drehen: Das haben ETH-Forscher in einem Labor vollbracht. Mit den Messungen der rotierenden Teilchen erhofft sich das Team neue Erkenntnisse über das Verhalten von Materialien unter extremen Belastungen.
Quelle: ETH Zürich / Michael Doderer
Die Vakuumapparatur in der Mitte enthält das am schnellsten rotierende Objekt der Welt.
Dem ETH-Professor Lukas Novotny und seinem Team ist es gelungen, ein nur einhundert Nanometer grosses Glaspartikel so zu manipulieren, dass es sich pro Sekunde mehr als eine Milliarde Mal um die eigene Achse dreht, wie auf der Homepage der ETH-Zürich nachzulesen ist. Das Team erhofft sich durch solche Experimente neue Erkenntnisse über die Stabilität von Glas und anderen Materialien unter extremen Belastungen.
Hinter der «schnellsten Drehung der Welt», steckt grosser technischer Aufwand. Réne Reimann, Postdoktorand in Novotnys Labor, erklärt gegenüber der ETH: «Wir fangen das Glasteilchen dazu in einer Vakuumapparatur mit Hilfe einer so genannten optischen Pinzette ein.» Eine solche Pinzette ist ein stark gebündelter Laserstrahl, in dessen Brennpunkt das Glaspartikel durch Lichtkräfte in der Schwebe gehalten wird. Damit werden jegliche mechanische Berührungspunkte zwischen dem Partikel und der Aussenwelt vermieden und es können keine Reibungsverluste entstehen, wie die ETH schreibt.Das Team um Professor Lukas Novotny stellt nun die Polarisierung des Laserstrahls so ein, das sie zirkular ist. Das heisst, dass sich die Richtung, entlang derer das elektrische Feld des Laserlichts schwingt, kontinuierlich dreht. Und diese Drehung geht teilweise auf das Glaspartikel über, wodurch es nach und nach immer schneller rotiert.
Eine Milliarde Drehungen pro Sekunde
Gemessen werden diese Umdrehungen mit einem Photodetektor, der das Laserlicht der optischen Pinzette analysiert. Dadurch kam das Team schliesslich zum Ergebnis, das die Drehfrequenz grösser als ein Gigahertz – also eine Milliarde Drehungen pro Sekunde – war. Laut Reimann dreht sich das Teilchen vermutlich sogar noch schneller, jedoch könne man mit dem jetzigen Photodetektor keine höheren Frequenzen messen. Deshalb will man bald einen schnelleren Detektor anschaffen, wie die ETH berichtet.
Später möchte das Team sogar Drehfrequenzen von bis zu 40 Gigaherz messen können. Das Partikel würde wahrscheinlich aber vorher explodieren. Bislang gibt es hier aber keine Gewissheit, da dazu noch keine verlässlichen Messungen existieren. In der Materialforschung ist aber bekannt, dass eine wenige Mikrometer dünne optische Glasfaser enorme Zugbelastungen aushalten kann, die sogar diese von Stahlseilen übertreffen. Für die Nanotechnologie sind solche Messungen wichtig, da sich die Eigenschaften der Nano-Materialien deutlich von denen grösserer Objekte unterscheiden können. Und Messungen mit grösseren Gegenständen sind technisch kaum durchführbar. Für die Praxis würden Experimente mit Nanopartikeln laut der ETH alsodurchaus zu relevanten Erkenntnissen führen.(mgt/pb)
