Wenn Kohlenstoffnanoröhren kleineren Durchmessers in größere Röhren gesteckt und aus ihrer Gleichgewicht ausgelenkt werden, so sollten sie einer theoretischen Analyse zu Folge mit einer Frequenz im Gigahertzbereich oszillieren. Darüber berichtet ein amerikanisch-chinesisches Forscherteam in dem Fachmagazin Physical Review Letters (Band 88 Referenznummer 045503). Ein derartig schneller mechanischer Oszillator könnte etwa zur Konstruktion von optischen Filtern oder Mikroantennen mit extrem kurzen Reaktionszeiten führen.
Die Materialwissenschaftler Quanshui Zheng von der Tsinghua Universität in Peking und Qing Jiang von der Universität von Kalifornien in Riverside analysierten die periodische Bewegung einer in eine größere Kohlenstoffnanoröhre gesteckten Röhre kleineren Durchmessers. Ein Bild dieser teleskopähnlichen Anordnung ist auf einer Webseite der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft zu sehen.
Die periodische Bewegung der inneren Röhre kommt durch die zwischen den Kohlenstoffatomen wirkende van-der-Waals Kraft zustande: Diese wirkt als eine harmonische Rückstellkraft, so dass die aus ihrer Gleichgewichtslage ausgelenkte Röhre zu oszillieren beginnt. Der theoretischen Analyse nach sollten die Eigenfrequenzen dieses Systems im Gigahertzbereich liegen. Es würde damit den schnellsten bisher bekannten mechanischen Oszillator darstellen ? seine Frequenzen sind mit denen der schnellsten Prozessorchips in der Mikroelektronik vergleichbar.
Die Gültigkeit dieser Analyse wird von einem im Jahr 2000 an der Universität von Berkeley durchgeführten Experiment unterstützt. Wissenschaftler hatten damals herausgefunden, dass konzentrisch angeordnete Kohlenstoffnanoröhren mit nur minimalen Reibungsverlusten ineinander gleiten können.
Die Realisierung von auf diesem Prinzip beruhenden technisch einsetzbaren mechanischen Oszillatoren wird zwar sicherlich noch viele Jahre dauern ? doch scheinen Kohlenstoffnanoröhren in der Tat nicht nur hervorragende elektrische, sondern auch ebenso interessante mechanische Eigenschaften aufzuweisen.
Stefan Maier
