Winzige Partikel, die im Vakuum schweben, sind vielversprechende Kandidaten für neue Sensoren, die extrem schwache mechanische, biologische und chemische Kräfte messen können. Allerdings war der Einsatz dieser Systeme bisher durch die Genauigkeit ihrer Positionsmessung begrenzt. In der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ haben Innsbrucker Physiker nun eine neue Methode vorgestellt, die mit einem Spiegel bisherige Positionsmessungen an Genauigkeit übertrifft.
Neue Sensoren sind jetzt möglich
Seit Jahren gelingt es Forschern, die kinetische Energie relativ kleiner Objekte nahe an den absoluten Nullpunkt (minus 273 Grad Celsius) und damit bis in den Quantengrundzustand herunterzukühlen. Für schwebende Nanopartikel ist dies erst seit kurzem möglich. Diese Steuerung von im Hochvakuum schwebenden Nano- und Mikroobjekten ist inzwischen zu einer weit verbreiteten Technik in der Wissenschaft geworden und hat große Bedeutung erlangt.
Die Levitodynamik ermöglicht detailliertere Untersuchungen
Der Vorteil dieser “Levitodynamik” genannten Technologie ist die hohe Empfindlichkeit von schwebenden Objekten gegenüber äußeren Kräften. Völlig losgelöst von der Umgebung können sie unabhängig von Wechselwirkungen genutzt oder untersucht werden. Beispielsweise können damit sehr kleine Kräfte demonstriert werden. Das ist nicht nur für die Sensorentwicklung interessant, sondern auch für die Grundlagenforschung und die Suche nach neuen physikalischen Phänomenen.
Für diese Anwendungen ist eine sehr genaue Messung der Position der Nanopartikel erforderlich. Dies geschieht typischerweise mittels optischer Interferometrie, bei der das von einem Nanopartikel gestreute Licht mit dem Licht eines Referenzlasers überlagert wird. Die unterschiedliche Form der Lichtwellen, die vom Laser und dem Nanopartikel ausgehen, begrenzt jedoch bisher die Genauigkeit der Messung.
Forscher um Tracy Northup vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck haben nun eine neue Methode entwickelt, mit der sich die Position eines schwebenden Nanopartikels effizienter bestimmen lässt. Das Laserlicht wird durch das von einem Spiegel reflektierte Licht des Partikels ersetzt, sodass nur das Licht des Nanopartikels überlagert wird.
Anhand eines Nanopartikels, der in einer elektromagnetischen Falle schwebt, konnten Physiker aus Innsbruck nun zeigen, dass diese Methode anderen modernen Nachweismethoden überlegen ist. So konnten sie ein Partikel auf niedrigere Temperaturen kühlen, als sie in der gleichen Konfiguration mit einer Standard-Positionsmessung erreicht werden.
Dienst: Internet:
(APA/red, Foto: APA/Axel Springer/Zielgruppe)