29.04.2015

Auf und Ab im Laser-Lift

Laserlift

Sogenannte Janus-Partikel sind winzige Nano-Teilchen mit zwei sehr unterschiedlichen Seiten. Erstmals konnten nun die Doppelgesichtigen mit noch nie erreichter Präzision in einem Laserstrahl bewegt werden.

Wird ein Laserstrahl durch das Objektiv eines Mikroskops fokussiert, wirkt er wie eine optische Pinzette. Er hält Nano-Partikel an dem Punkt fest, an dem das Licht gebündelt wird. Das funktioniert mithilfe von Kräften, die durch die Streuung des Lichts am Partikel hervorgerufen werden. Diese winzigen Teilchen auch gezielt zu bewegen, ist für viele Anwendungen sehr wünschenswert. Die Nutzung von optischen Pinzetten für solche Anwendungen war bisher aber nur begrenzt möglich, weil die Position und die Bewegungsrichtung der Teilchen nur unzureichend kontrolliert werden konnten.

Goldüberzug macht mobil
Diese Begrenzung konnte nun mit einem Trick aufgehoben werden. Die Wissenschaftler überzogen Nano-Glaskügelchen zur Hälfte mit einer fünf Nanometer dicken Goldschicht. Die goldüberzogene Seite der so erzeugten Janus-Partikel wird durch den Laserstrahl erwärmt, während die gläserne Seite kein metallischer Leiter ist und nicht auf den Laser reagiert. Schwimmt ein solches Janus-Teilchen im Wasser, entsteht durch die Erwärmung der goldenen Seite ein Temperaturgefälle. Und das Teilchen bewegt sich nach oben zum Laser hin.

Laserstärke kontrolliert Bewegung
Welchen Kurs es dabei nimmt und welche Strecke es zurücklegt, bestimmt ein komplexes Zusammenspiel der Kräfte. Die Streukräfte kontrollieren die Ausrichtung des Teilchens im Raum und halten es im Laserstrahl. Die Intensität des Lasers bestimmt den Grad der Erwärmung und steuert damit die in der dritten Dimension zurückgelegte Strecke.

Durch eine Veränderung der Laserstärke können die Wissenschaftler das Janus-Teilchen deshalb wie mit einem Aufzug im Laserstrahl auf und ab bewegen. Wird die Laserstärke erhöht, bewegt sich das Teilchen aufwärts, wird sie schwächer, sinkt das Teilchen wieder.

Die neue Technik erlaubt eine noch nie erreichte Kontrolle über die Partikelbewegung und hat viele interessante Einsatzmöglichkeiten. In einem nächsten Schritt gelang es den Wissenschaftlern bereits, eine goldene Nano-Kugel gemeinsam mit dem neuen Janus-Teilchen im Laserstrahl einzufangen und die Entfernung zwischen den beiden Partikeln zu kontrollieren.

Das macht den Laserstrahl-Aufzug zu einem vielversprechenden Werkzeug sowohl für die Grundlagenforschung als auch für viele praktische Anwendungen. Denkbar wäre etwa ein Nano-Kraftmessgerät, bei dem ein Molekül zwischen die beiden Partikel gespannt und mithilfe des Lasers gemessen wird, welche Kraft man braucht um die Partikel auseinander zuziehen.

Mehr Informationen:
www.uni-muenchen.de

 
 
 
 
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