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pte20180622002 Forschung/Entwicklung, Technologie/Digitalisierung

Archimedes-Laser bewegt Teilchen hochpräzise

Manövrieren gefangener Partikel als Basis für Quantencomputer


Uralte archimedische Schraube zum Fördern von Wasser (Foto: english.tau.ac.il)
Uralte archimedische Schraube zum Fördern von Wasser (Foto: english.tau.ac.il)

Tel Aviv (pte002/22.06.2018/06:05) - Forscher der Tel Aviv University http://english.tau.ac.il haben einen Laser entwickelt, mit dem sich kleinste Teilchen hochpräzise bewegen lassen. Das sei sowohl für die Forschung als auch für angewandte Wissenschaften äußerst wichtig. Ließen sich beispielsweise einzelne Atome exakt positionieren, wäre das ein Schritt hin zum Quantencomputer, einem Rechner, dessen Geschwindigkeit um ein Vielfaches höher ist als heute eingesetzte Systeme.

Laserfalle für Partikel

"Wir haben einen Lichtstrahl geschaffen, der einer archimedischen Schraube ähnelt", sagt Physiker Alon Bahabad. Der griechische Philosoph und Naturwissenschaftler Archimedes erfand den nach ihm benannten Wendel zur Förderung von Wasser auf ein höheres Niveau vor rund 2.300 Jahren. "Anders als normale Laserstrahlen, die geradlinig verlaufen, besteht unser Laserstrahl aus zwei spiralförmigen Teilen." Damit ähnele er der Doppelhelix der DNS, also der Erbinformation. Die Rotation des Strahls bestimme die Richtung, in die die Teilchen bewegt werden. Die Größe der Partikel könne zwischen einigen zehn Nanometern und etwa zehn Mikrometern liegen.

Laut Bahabad ist es sehr schwer, Teilchen mit einem Laserstrahl gezielt zu bewegen. Sie bewegten sich in Lichtrichtung oder büxen nach unten aus. "Wir haben gewissermaßen eine Laserfalle für die Partikel gebaut, in der sie gefangen sind, bis sie ihr Ziel erreicht haben. Dabei haben wir auf eine alte Idee zurückgegriffen." Die Bewegung der "gefangenen" Partikel beruhe auf der Rotation des Lichtstrahls. "Dreht er in die eine Richtung, geht es abwärts, dreht er in die andere Richtung, geht es aufwärts", sagt der Physiker.

Breite Anwendbarkeit

Die für einen Laserstrahl ungewöhnliche Art der Ausbreitung gelang dem israelischen Team, indem es mehrere Laserstrahlen überlagert hat. Aufgrund des physikalischen Phänomens der Interferenz entsteht, wenn die Frequenzen der Laserstrahlen richtig gewählt werden, eine stehende optische Welle, in der sich Licht und Dunkelheit abwechseln. Die Teilchenfalle basiert auf sanften Luftbewegungen, die der Laserstrahl verursacht. "Wir glauben, dass unsere Entwicklung in der Biologie, den Materialwissenschaften, der Spektroskopie und in anderen Bereichen genutzt werden kann", erklärt Bahabad.

(Ende)
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