Wissenschaftler lassen kleine Objekte frei schweben
Es klingt vielleicht wie aus einem Harry Potter-Roman, aber an dieser Entdeckung, mit der Wissenschaftler aus dem Vereinigten Königreich kleine Objekte schweben lassen, ist nichts Erfundenes dran. Von diesem Durchbruch erwartet man einen großen Nutzen für den Nanotechnologiesektor. Wissenschaftler von der Universität St. Andrews im Vereinigten Königreich haben herausgefunden, dass es möglich ist, eine Quantenkraft, die sogenannte Casimir-Kraft, umzukehren, die normalerweise für die Anziehung zweier Gegenstände verantwortlich ist. Dieses Phänomen, dass 1948 erstmals entdeckt wurde, ist eine physikalische Kraft zwischen zwei Gegenständen, die aufgrund der Resonanz der alles durchdringenden Energiefelder im Zwischenraum entsteht. Diese Felder lassen Atome aneinander kleben. Ein Beispiel für diese Quantenkraft liefert der Gecko mit seiner Fähigkeit, sich an Oberflächen zu haften. Während diese physikalische Kraft keine Auswirkungen auf unser Alltagsleben hat, bringt sie doch erhebliche Folgen für die Nanotechnologie mit sich. "Die Casimir-Kraft ist die Hauptursache für Reibung in der Nanowelt, insbesondere in einigen mikroelektromechanischen Systemen", sagt Professor Ulf Leonhardt vom Institut für Physik und Astronomie der Universität St. Andrews. "Solche Systeme spielen bereits eine wichtige Rolle - beispielsweise bei winzigen mechanischen Geräten, die den Airbag eines Autos auslösen, oder für die Energieversorgung winziger 'Chiplabore', die für Arzneimitteltests oder chemische Analysen eingesetzt werden. Mikro- oder Nanomaschinen könnten geschmeidiger und mit weniger Reibung oder ganz reibungsfrei laufen, wenn man diese Kraft manipulieren kann", fügte der Professor hinzu. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, die Kraft umzukehren, indem Sie kleine "perfekte" Linsen zwischen zwei Objekte platzierten. Diese Linsen bestehen aus einem künstlich hergestellten Metamaterial, das einen negativen Brechungsindex aufweist. Dadurch wird ein Lichtstrahl in die entgegengesetzte Richtung gebeugt. So kann das Metamaterial die Resonanz im Zwischenraum der beiden Objekte modifizieren und damit die Casimir-Kraft umkehren. Ein Objekt könnte so also in einer Entfernung, in der die abstoßende Casimir-Kraft des Quantenvakuums das Gewicht der Platte ausgleicht, über einem anderen Objekt schweben; die Platte schwebt so im wahrsten Sinne des Wortes auf dem Nichts. Die Wissenschaftler behaupten, dass die Linse stark genug sei, einen 500 Nanometer dicken Aluminiumspiegel schweben zu lassen. "Das Umwandeln der Klebekraft könnte die ultimative Lösung sein, um die Reibung in der Nanowelt zu reduzieren. Anstatt zusammenzukleben, würden Teile von Mikromaschinen schweben", sagt Professor Leonhardt. Obwohl es für Menschen theoretisch möglich ist zu schweben, sagen die Wissenschaftler, dass es noch ein langer Weg sei, bis die Technologie ein solches Kunststück vollbringen kann. "Mit der derzeitigen Technik wird das nur mit mikroskopisch kleinen Objekten funktionieren, da die Quantenkraft klein ist und nur über kurze Entfernungen wirkt. Schwebende Menschen bleiben Cartoons, Märchen und Fabeln aus der Welt des Paranormalen vorbehalten", sagt Leonhardt.
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Vereinigtes Königreich