Laser steuern winzige Metajets in drei Dimensionen ^{CEFR B2}

Ein Forschungsteam der Texas A&M University hat Laser genutzt, um mikrometergroße Geräte, sogenannte Metajets, gezielt dreidimensional zu steuern. Die Untersuchung unter der Leitung von Shoufeng Lan wurde in Newton veröffentlicht und gilt als Durchbruch in der optischen Antriebstechnik, weil die Metajets eine bislang nicht demonstrierte vollständige Manövrierfähigkeit zeigen.

Jeder Metajet besteht aus einer Metasurface: einem ultradünnen, nanoskalig strukturierten Material, dessen Muster das Licht formt und umlenkt. Durch gezielte Gestaltung von Form, Orientierung und Anordnung bestimmten die Forschenden, wie Licht Impuls auf das Objekt überträgt und so eine messbare Kraft erzeugt. Lan verglich den Effekt mit Tischtennisbällen, die beim Aufprall Impuls übertragen. Im Unterschied zu Methoden, die den Strahl formen, ist die Kontrolle hier im Material verankert, was flexiblere Kraftgenerierung erlaubt. Weil die Kraft von der Leistung des Lichts und nicht von der Gerätegröße abhängt, könnte das Konzept skaliert werden, wenn ausreichend optische Leistung verfügbar ist.

Die aktuellen Metajets sind nur wenige zehn Mikrometer groß und erforderten nanoskalige Präzision bei der Fertigung in der AggieFab Nanofabrication Facility, unterstützt von TEES und der Universität. Experimente fanden in einer Flüssigkeit statt, um die Schwerkraft auszugleichen und Bewegungen besser zu beobachten; das Team sucht externe Mittel für Mikrogravitationsversuche. Die Arbeit ergänzt Forschung in Europa sowie Projekte am California Institute of Technology und am Rochester Institute of Technology und erweitert das Verständnis, wie Licht Kraft erzeugt. Langfristig könnte Licht bewegliche Objekte von Mikrosystemen bis zu Raumfahrzeugen ohne physischen Kontakt oder Treibstoff steuern und möglicherweise Reisen zum Alpha Centauri in etwa 20 Jahren ermöglichen.