Forscher am California Institute of Technology (Caltech) haben eine Möglichkeit entwickelt, Objekte nur mit Licht anzuheben und zu beschleunigen und so spezielle nanoskalige Muster auf ihren Oberflächen zu erzeugen.
Trotz der Tatsache, dass die Arbeit noch rein theoretisch ist, ist dies ein Schritt zur Entwicklung eines Raumfahrzeugs, das in nur 20 Jahren den nächsten Planeten außerhalb des Sonnensystems erreichen kann und nur Licht als Treibstoff verwendet. Ein Artikel, der die Studie beschreibt, wurde in der Zeitschrift Nature Photonics veröffentlicht.
Vor Jahrzehnten ermöglichte die Entwicklung einer sogenannten optischen Pinzette den Wissenschaftlern, kleine Objekte wie Nanopartikel unter Verwendung des Lichtdrucks eines fein abgestimmten Laserlichtstrahls zu bewegen und zu manipulieren. Diese Arbeit führte Arthur Ashkin zum Nobelpreis für Physik 2018. Optische Pinzetten können jedoch nur sehr kleine Objekte und extrem kurze Entfernungen manipulieren.
„Ein Tischtennisball kann mit einem konstanten Luftstrom aus einem Fön angehoben werden“, erklärt der Hauptautor Ognjen Ilic. "Aber es hätte nicht funktioniert, wenn der Tischtennisball zu groß gewesen wäre oder wenn er zu weit vom Fön entfernt gewesen wäre und so weiter."
Technische optische Anisotropie zur selbststabilisierenden Manipulation / Atwater-Labor.
Ein Lichtstrahl kann nach neuen Forschungen Objekte unterschiedlicher Formen und Größen von Mikrometern bis Metern manipulieren. Der Schlüssel liegt in der Erzeugung spezieller nanoskaliger Muster auf der Oberfläche des Objekts. Diese Strukturen interagieren mit Licht so, dass sich ein Objekt ausrichten kann, wenn es ihm ausgesetzt wird, wodurch ein Wiederherstellungsmoment entsteht, das im Lichtstrahl verbleibt. Das Objekt benötigt keine präzise fokussierten Laserstrahlen mehr, da die Muster auf seiner Oberfläche die Stabilität "verschlüsseln" sollen. Darüber hinaus kann die Lichtquelle Millionen von Kilometern vom Objekt entfernt sein.
"Wir haben eine Methode entwickelt, mit der makroskopische Objekte angehoben werden können", sagt Harry Atwater. „Diese Technik kann sehr interessant eingesetzt werden - als Mittel zur Beschleunigung einer neuen Generation von Raumfahrzeugen. Wir sind noch weit davon entfernt, es zu schaffen, aber wir sind dabei, diese Prinzipien zu testen."
Theoretisch könnte ein solches Raumfahrzeug mit den erforderlichen nanoskaligen Strukturen beschichtet und dann mit bodengestütztem Laserlicht beschleunigt werden. Ohne Treibstoff an Bord kann es sehr hohe, sogar relativistische Geschwindigkeiten und möglicherweise sogar andere Sterne erreichen.
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Laut Atwater kann die Technologie auf der Erde verwendet werden, um schnell viel kleinere Objekte wie Leiterplatten herzustellen.
Vladimir Guillen
