Nanopartikel präzise steuern und digital nutzen
Forscher lenken Kolloide mit elektrischen und optischen Feldern.
Erstmals lassen sich Kolloide – winzige, in Lösungen vorliegende Partikel – hochpräzise anordnen und in ihren Bewegungen steuern. Dank einem neuen, von Wissenschaftlern der Uni Zürich entwickelten Verfahren könnten diese kolloidalen Nanopartikel Eingang in die digitale Technologie finden. Denn sie brauchen wenig Energie, sie sind schnell und bieten enorme Speicherkapazitäten – ideale Eigenschaften für neuartige Datenträger oder hochauflösende Bildschirme.
Abb.: In einem einzigen Nanostab sind Ein- und Aus-Zustände eines Datenspeichers (entspricht binären 1 und 0) möglich. Das externe elektrische Signal (die rote Linie) schreibt einen neuen Zustand auf das Pixel. Der Zustand des Stabs lässt sich mithilfe von polarisiertem Licht jederzeit anzeigen. Er wird im Nanostab gespeichert, bis der nächste elektrische Schreibimpuls ankommt. (Bild: UZH)
Kolloide sind kleinste Partikel, die in einer Flüssigkeit fein verteilt sind. Bisher findet man sie vor allem in Getränken, Kosmetika und Farben. Aufgrund der Brownschen Bewegung bewegen sich die Nanopartikel permanent. Sie unterliegen dabei durch ihre elektrische Ladung anziehenden und abstoßenden Kräften. Madhavi Krishnan von der Uni Zürich gelang es bereits vor fünf Jahren gelungen, räumliche Kontrolle über Materie in kleinstem Maßstab zu erlangen. Nun zeigte sie mit ihren Kollegen, dass es möglich ist, diese Nanopartikel nicht nur räumlich anzuordnen, sondern auch ohne Berührung in einer Flüssigkeit kontrolliert zu bewegen.
Die Forscher haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Nanostruktur erzeugen und flexibel verändern lässt. Sie waren in der Lage, die Partikel hochpräzise zu neuen Gebilden anzuordnen und deren Kräfte bewusst zu steuern. „Die Manipulation erfolgt durch die Wechselwirkungen mit elektrischen und optischen Feldern“, erklärt Krishnan. Die neuartige Anwendung der intermolekularen Wechselwirkung benötigt erstmals keine ultrakalten Temperaturen sie funktioniert bestens bei Raumtemperatur. Sie ist überdies extrem schnell und äußerst reibungsarm.
Die Methode zur Anordnung und Bewegung der Kolloide erlaubt es, gänzlich neue Materialien zu entwickeln. „Gerade für digitale Technologien weisen die Nanopartikel ideale Eigenschaften auf, da sich in jedem einzelnen Partikel Daten speichern und abrufen lassen“, sagt Krishnan. Mit der gezielten Steuerung einzelner Nanopartikel eröffnen sich neue Möglichkeiten, diese einzusetzen – beispielsweise als zukünftige Datenspeicher oder bei neuartigen Bildschirmen mit extrem hoher Auflösung. „Es lassen sich Nano-Bildschirme herstellen in der Art eines eBook-Readers mit einer tausendmal kleineren Pixelgrösse und viel schnellerer Reaktionszeit“, so die Wissenschaftlerin.
UZH / RK
