Deutsche Physiker haben nur wenige Nanometer kleine Goldstrukturen auf einer Graphitoberfläche mithilfe eines kurzen Laserblitzes in die Luft springen lassen. Durch die hohe Intensität des Lichtblitzes wurden die Goldteilchen zu Tröpfchen geschmolzen, die sich daraufhin aufgrund der Freisetzung ihrer Oberflächenenergie für einen winzigen Sekundenbruchteil vertikal von der Graphitplatte abhoben. Die Forscher glauben, mit ihrer Methode die Dynamik von Oberflächenvorgängen mit einer Zeitauflösung von nur wenigen Nanosekunden für eine Vielzahl von Materialien studieren zu können.
Johannes Boneberg und seine Kollegen aus Konstanz, München und Freiburg stellten in ihrem Experiment zunächst kleine Goldteilchen in Form von Dreiecken mit einer Seitenlänge von nur 100 Nanometern auf einer Graphitoberfläche her. Dazu wurde diese zunächst mit einer dicht gepackten Schicht kleiner Plastikkugeln versehen, die die Forscher anschließend mit Gold überzogen. Somit wurde die unterliegende Graphitschicht nur in den Gebieten zwischen den sich berührenden Kugeln mit Gold bedeckt. Diese mussten nun nur noch in einem Ätzschritt entfernt werden.
Die Forscher fokussierten nun einen nur wenige Nanosekunden kurzen Laserblitz auf die Golddreiecke, der diese somit kurzzeitig stark aufheizte. Mittels eines Elektronenstrahlmikroskops konnten Boneberg und sein Team diesen Vorgang direkt in Bildern festhalten. Wie erwartet schmolzen die Dreiecke durch die Erwärmung zu kleinen Tröpfchen (siehe Bilder).
Doch damit nicht genug ? zur Überraschung der Forscher hoben sich die Kügelchen nun mit einer Geschwindigkeit von bis zu zehn Metern pro Sekunde von der Oberfläche ab, um beim Wiederaufprall sogleich zu erstarren. Boneberg glaubt, dass diese Sprünge von der hohen Oberflächenspannung der Goldtropfen verursacht wurden.
Gold und Graphit stoßen sich aufgrund der Struktur ihrer Oberflächen nämlich ab. Der kleine Krümmungsradius der Goldtropfen bewirkt dabei, dass die Oberflächenenergie der Tröpfchen in Bewegungsenergie verwandelt wird, so dass sie sich in Bewegung versetzen. Die Forscher wollen ihre Methode nun zur Untersuchung weiterer Materialien anwenden, um somit Einblicke in Oberflächenvorgänge über Zeiträume von nur wenigen Nanosekunden zu erlangen.
Science, Band 309, Seite 2043 Stefan Maier
