Nano-Drohnen mit Lichtantrieb

Spätestens seit große Versandhändler angekündigt haben, ihre Pakete in Zukunft mit Drohnen ausliefern zu wollen, sind kompakte Multikopter-Drohnen den meisten Menschen ein Begriff. Solche Fluggeräte zeichnen sich dadurch aus, dass sie selbst komplexe Manöver mit äußerster Präzision ausführen können. Rechnergesteuerte Regelmechanismen spielen dabei eine entscheidende Rolle.

Physikprofessor Bert Hecht und sein Team von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg wollen diese Prinzipien nun auf die Nanometerskala übertragen. Winzige Nano-Drohnen sollen mit polarisierten Laserstrahlen sowohl gesteuert als auch mit Antriebsenergie versorgt werden.

Wenn das gelingt, stünde eine neue Klasse von Nano-Werkzeugen bereit, die sich hochpräzise durch Flüssigkeiten steuern lassen. Profitieren würden davon die Nanotechnologie und die Lebenswissenschaften. So könnten beispielsweise Nanoteilchen in drei Dimensionen abgetastet oder angeordnet oder Objekte im Inneren von Zellen manipuliert werden.

Förderung durch die Volkswagen-Stiftung

Die Volkswagen-Stiftung fördert Hechts Machbarkeitsstudie mit rund 100.000 Euro aus ihrem Programm „Experiment!“. Damit werden radikal neue Forschungsvorhaben aus den Natur-, Ingenieur-, und Lebenswissenschaften unterstützt. Ziel ist die Erkundung „ausgesprochen gewagter Forschungsideen, die etabliertes Wissen grundlegend herausfordern, unkonventionelle Hypothesen, Methodik oder Technologien etablieren wollen oder ganz neue Forschungsrichtungen“ in den Blick nehmen.

Optische Spin-Bahn-Kopplung

Hechts wissenschaftliche Idee: Die Nano-Drohnen, die aus einkristallinem Gold hergestellt werden, sollen Laserlicht unterschiedlicher Polarisation absorbieren und die Anregung an plasmonische Wellenleiter weitergeben. Diese Wellenleiter können dann entsprechend geformt werden, um mit Hilfe von an ihren Enden emittierten Photonen einen Rückstoß zu erzeugen.

„Interessanterweise wird die Anregung dieser Wellenleitermoden stark asymmetrisch, wenn zirkular polarisiertes Licht verwendet wird. Dadurch können die Objekte seitlich bewegt oder gedreht werden“, sagt der Professor. Diese erst kürzlich in ihrer ganzen Tragweite erkannte Eigenschaft von Licht in der Nähe von Materie nennt man optische Spin-Bahn-Kopplung.

Durch die Verwendung von Pulsfolgen mit unterschiedlicher Polarisation sollte es laut Hecht möglich sein, „die Bewegung von Nano-Drohnen mit Abmessungen im Bereich der Lichtwellenlänge in Flüssigkeiten so exakt zu steuern wie ihre großen Geschwister bei der Paketauslieferung“.

Kontakt

Prof. Dr. Bert Hecht, Physikalisches Institut, Universität Würzburg, T (0931) 31-85863, hecht@physik.uni-wuerzburg.de