Ein Physiker der Universität Paris-Sud glaubt, eine elegante Möglichkeit zum Antreiben winziger elektromechanischer Maschinen gefunden zu haben. Sein Konzept beruht auf zwei mit Zacken versehenen Siliziumplatten, die parallel zueinander in einem Abstand von nur einem winzigen Bruchteils eines Millimeters angeordnet sind. Die durch Vakuumfluktuationen des elektrischen Feldes ausgelöste Casimirkraft lässt die Platten dann aneinander vorbeigleiten, und die dadurch verrichtete mechanische Arbeit kann zum Antrieb einer Mikromaschine verwendet werden.
Zwei ebene, in einem Abstand von nur wenigen Mikrometern zueinander angeordnete Platten ziehen sich im Vakuum selbst bei Abwesenheit von elektrischen Ladungen mit einer Kraft an, die viel größer als die Gravitationskraft ist. Diese nach ihrem Entdecker als Casimir-Kraft bezeichnete Wechselwirkung beruht auf dem Strahlungsdruck von Quantenfluktuationen des elektromagnetischen Feldes. Da innerhalb des Spalts zwischen den Platten nur Felder mit wohl definierten Frequenzen existieren können, außerhalb der Platten jedoch Felder mit allen beliebigen Frequenzen, werden die Platten durch den Strahlungsdruck dieser Felder zusammengedrückt.
Thorsten Emig hat in seiner theoretischen Arbeit eine weniger bekannte Variante der Casimir-Kraft untersucht. Wenn die Innenseite der Platten nämlich mit einem winzig kleinen Zackenmuster versehen wird, so entstehen durch die Quantenfluktuationen auch Kräfte, die in der Ebene der Platten wirken. Dadurch werden diese leicht gegeneinander verschoben, bis der Zustand minimaler Energie eingenommen wird.
Mit Emigs Konzept lässt sich diese laterale Bewegung nun in eine gerichtete Bewegung umwandeln. Dazu müssen nur wenige Bedingungen erfüllt sein. So müssen die Zacken einer der beiden Platten ein asymmetrisches Profil aufweisen, so dass die lateralen Casimir-Kräfte nur in eine Richtung wirken. Wenn eine der Platten nun leicht vibriert, beginnt die andere daran entlang zu gleiten ? und zwar genau in einer Richtung, von einer Zacke zur nächsten.
Emig hat berechnet, dass sich mit zwei Siliziumplatten, die nur wenige Mikrometer voneinander entfernt und mit Zacken einer Höhe von etwa zehn Nanometern versehen sind, Geschwindigkeiten von mehreren Millimetern pro Sekunde erreichen lassen. Die dazu nötigen Vibrationsfrequenzen liegen im Kilohertzbereich, so der Forscher. Eine Reihe von Forschergruppen will nun versuchen, dieses Konzept in die Tat umzusetzen.
Physical Review Letters, Band 98, Artikel 160801 Stefan Maier
