Von der Idee zur Erkenntnis

Mit Gitarrensaiten Moleküle fangen?

29. August 2016 Experimentelle Physik

Mechanische Nano-Resonatoren sind 500-mal dünner als ein Haar. Bringt man sie zum Schwingen, vibrieren sie wie die Saiten einer Gitarre und reagieren hochempfindlich auf ihre Umgebung. Wissenschaftler der LMU München untersuchen, wie sich daraus Sensoren und andere Anwendungen entwickeln lassen.

Überschrift: Mit Gitarrensaiten Moleküle fangen?

Die Projektidee

Die Resonatoren sind in der Wissenschaft zwar schon länger bekannt, doch für praktische Anwendungen noch kaum erschlossen. Welche Materialien und Techniken eignen sich am besten für ihre Herstellung? Wie lassen sich die Winzlinge am besten steuern? Das Team um Jörg Kotthaus und Eva Weig baut die Forschung an den Nano-Saiten deshalb systematisch auf. Ihre Idee: Sie wollen die Resonatoren von Grund auf verstehen, um sie dann in einem nächsten Schritt gezielt für nanomechanische Anwendungen zu nutzen.

Die Forschungsarbeit

Zur Herstellung »zeichneten« die Forscher in einem ersten Schritt Nanostrukturen mit Elektronenstrahlen auf speziell lackierte Flächen und ätzten unerwünschte Teile weg. Für die resultierenden winzigen Gitarrensaiten erwies sich glasartiges Siliziumnitrid als besonders gutes Material. In einem nächsten Schritt entwickelten sie Methoden, um Schwingungen der Saiten gezielt anzuregen, exakt auszulesen und dafür zu sorgen, dass eine einmal »gezupfte« Saite möglichst lange schwingt. Damit steht ihnen nun eine Art Werkzeugkasten für Nano-Resonatoren zur Verfügung.

Erkenntnisse und Perspektiven

Mit ihren Herstellungsverfahren sind die Wissenschaftler weltweit führend. Sie können Resonatoren exakt bauen, gezielt ansteuern und empfindlich auslesen. Dank ihrer Erkenntnisse zur Schwingungsdämpfung können sie die Saiten jetzt mit wenig Energieaufwand schwingen lassen. Ihre Erkenntnisse eröffnen neue Wege in der quantenphysikalischen Forschung. Aber auch technische Anwendungen wie Handy-Schaltungen oder winzige Sensoren sind denkbar: Bereits ein einziges Molekül kann die Schwingung einer Nano-Saite verändern, sobald es an ihr haften bleibt. Ein mit Resonatoren bestückter Chip könnte als »künstliche Nase« zum Beispiel vor Schadstoffen warnen.

Projektinformationen

Projekttitel: Nanoelektromechanische Resonatoren (NEMRES)
Projektleitung: Prof. Dr. Jörg P. Kotthaus, Dr. Eva M. Weig
Förderzeitraum: 2010 - 2013
Kontakt: Ludwig-Maximilians-Universität München, www.nano.physik.uni-muenchen.de