Japanische Forscher haben Spiegel mit Abmessungen von wenigen hundertstel Millimetern hergestellt und sie mittels ultrakleiner Scharniere im Raum ausgerichtet. Das ist ein wichtiger Schritt für die breite Anwendung von mikroelektromechanischen Geräten. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler im Fachmagazin Applied Physics Letters veröffentlicht.
Das Team aus Kyoto stellte die Spiegel mit Abmessungen von 50 mal 60 bis 90 Mikrometern aus mehreren Schichten kristalliner Materialien her. Eine potenzielle Anwendung dieser ultrakleinen Spiegel liegt in der Ablenkung von Laserstrahlen in integrierten optischen Schaltkreisen.
Das Problem, die Spiegel im Raum gezielt auszurichten, lösten die Forscher auf eine besonders elegante Weise: Sie stellten ein Scharnier mit Abmessungen im Mikrometerbereich her. Es besteht aus einer Doppelschicht aus kristallinen Materialien, wobei die Atome in der unteren Schicht einen weiteren Abstand voneinander haben als die Atome in der oberen Schicht. Dadurch wird in dem Scharnier eine mechanische Spannung erzeugt, die das untere Material komprimiert und das obere streckt. Der Spiegel wird auf dieser oberen Schicht angebracht und durch die herrschende Spannung im Raum ausgerichtet. Er dreht sich zum Beispiel nach oben. Der Drehwinkel kann dabei durch die Dicke der Schichten variiert werden, die das Scharnier aufbauen.
Ultrakleine mechanische Bauteile gehören in die Klasse der MEMS, der mikroelektromechanischen Geräte. Forschergruppen in aller Welt beschäftigen sich mit diesem “hot topic”. Stellt es doch vielfältige Anwendungsmöglichkeiten von der Telekommunikation bis zur Medizin in Aussicht. Moderne Glasfasernetzwerke setzen bereits ultrakleine Spiegel, so genannte Bragg-Reflektoren, zur kontrollierten Ablenkung von Laserstrahlen ein. Bisher war allerdings die Ausrichtung von Bauteilen wie diesen ein großes Problem.
Stefan Maier
