Ta del av allt innehåll på Aktuell Hållbarhet
Starta din prenumeration

Prenumerera

Tisdag27.10.2020

Kontakt

Annonsera

Meny

Starta din prenumeration

Prenumerera

Sök

Klimat

Lysande framtid för nanomaskiner

Publicerad: 3 December 2008, 08:01

Nanomaskiner behöver drivkraft men det har varit svårt att skapa krafter på nanometernivå.


Nanofotonik och nanomekanik i skönt samarbete! Ljus ska användas som drivkraft till nanomaskiner.

Forskare på Yale School of Engineering & Applied Science i USA har lyckats använda kraften i ljustrycket, alltså den oändligt lilla kraft som en foton avsätter på något den studsar mot, för att driva nanomaskiner. När man normalt tänker på ljustryck så vandrar tankarna till idéerna med solseglande satelliter som ska fara genom solsystemet med enorma segel. Då förutsätts att fotonerna orsakar en kraft riktad i motsatt riktning mot deras framfart. Ljustrycket är mycket lågt, men kommer man ned på nanonivå är det användbart.

Spermier hindras från att simnma bort genom att hållas fast med ljuspincett. De kan också sorteras eller dras ut för DNA-analys.

Kraften i ljus har använts länge i tillämpningen ljuspincetten, när man kan greppa enskilda celler med en fokuserad laserstråle och förflytta dem. Vad forskarna på Yale vill åstadkomma är objekt på nanometernivå etsade direkt på en kiselchip, som ska drivas, snurra och vibrera med ljus som drivkraft. En teori förutsade att om man bara fick tillräckligt starkt ljus så skulle man också kunna få en kraft som gick rätvinkligt från ljusstrålen, sk optiska gradientkrafter, och genom att skicka in så mycket ljus att man nådde ungefär en miljon gånger solljusets styrka i en frihängande fibersträng med en längd på 10 µm och en diameter på bara 110 nm fick man faktiskt tillräckliga sidkrafter för att kunna förflytta fysiska föremål. Resultatet blev att strängen vibrerade. Att den faktiskt vibrerade kunde man mäta genom att se hur ljuset från den kopplades över till kiselsubstratet.

Bilden ovan visar två ljusledare som tvingar ljuset, som kommer in genom tratten till vänster, att passera, och därmed koncentreras ytterligare i en tunn nanosträng (infälld bild). Sidkrafterna kan få nanosträngen att vibrera i sidled. Denna rörelse kan användas till att knuffa på andra nanomaskindelar som kan utnyttja rörelsen.

Varför heloptiska maskiner? Om nu resten av kretsen fungerar med ljus, som till exempel optiska sensorer och analysdelar, varför skulle inte pumpen som driver fram det som ska analyseras, kunna drivas av ljus? Och när sedan logiken som utvärderar mätresultaten också realiseras i form av en optisk dator, då vore det rena vansinnet att inte kunna driva pumpar, ventiler och liknande med ljus. Att föra in elektricitet på chipen bara för att driva det mikromekaniska maskineriet vore i det avseendet ganska långsökt och genom att slippa de kapacitanser som alltid gör elektriska kretsar långsammare, kan man dessutom driva upp hastigheterna betydligt med ljus.

Forskarna förutser nu att integrationen av ljusdrivna nanomaskiner ska genomlöpa samma utvecklingscykel som halvledarna. Naturligtvis ligger mycket arbete framför forskargruppen, men gruppledaren Hong Tang konstaterar ändå att "The photon force is with us".

http://www.sciam.com/article.cfm?id=light-powered-nanomachines

Jörgen Städje

Dela artikeln:


Håll dig uppdaterad med vårt nyhetsbrev

Genom att skicka in mina uppgifter godkänner jag Bonnier Business Media AB:s (BBM) allmänna villkor. Jag har även tagit del av BBM:s personuppgiftspolicy.