Eine verblüffende L?sung, miteinander verklebte Nano-Bauteile voneinander zu l?sen, entwickelten Physiker der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena gemeinsam mit Fachkollegen aus Düsseldorf, G?teborg, Lyngby und Triest. Ihre Idee besteht darin, die Nano-Bauteile in ein L?sungsmittel zu tauchen, das sich in der N?he eines kritischen Punktes befindet. Im Versuchsaufbau gelang es, die verklebten Teile steuerbar voneinander zu trennen, indem die Temperatur des L?sungsmittels ver?ndert wurde. Ihr erfolgreiches Experiment stellen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Fachmagazin ?Nature Physics“ vor. ??

Am kritischen Punkt der L?sung trennen sich die Bauteile voneinander

?Wir haben nach einer L?sung gesucht, die unerwünschte Haftreibung von aneinander reibenden Nano-Teilchen aufzuheben“, erl?utert Dr. Falko Schmidt vom Institut für Angewandte Physik der Universit?t Jena. Diese Haftreibung wird im Englischen stiction genannt, eine Zusammensetzung der Begriffe static und friction, hervorgerufen durch sogenannte Casimir-Kr?fte. Diese Kr?fte werden durch Fluktuationen hervorgerufen und führen unvermeidlich zum Zusammenkleben der Bauteile. Die Idee der Forscher war es nun, die Bauteile in eine L?sung zu geben, ein Wasser-?l-Gemisch, in dem ebenfalls Fluktuationen auftreten. Diese Teilchenbewegungen lassen sich über die ?nderung der Temperatur steuern. ?Das Besondere ist also, dass wir die Fluktuationen nicht unterdrücken, sondern durch andere ersetzen“, sagt Falko Schmidt. Der gewünschte Effekt wurde im Experiment mit Hilfe eines beheizbaren Mikroskop-Objektivs erzielt. Es gelang, ein Goldpl?ttchen über ein strukturiertes metallisches Substrat zu führen. Normalerweise würde das Goldpl?ttchen am Substrat festkleben. N?hert sich die umgebende Flüssigkeit dem kritischen Punkt, also dem Temperaturbereich, bei dem sich Wasser und ?l entmischen, sind die Fluktuationen so stark, dass stiction vermieden wird. Das k?nne so wirksam sein, dass klebende Bauteile entfesselt und wieder bewegbar gemacht werden k?nnen, so das Fazit der Forschungsgruppe. ??

Ein langer Weg bis zur L?sung eines naheliegenden Problems

Die Experimente führte Dr. Falko Schmidt noch an der Universit?t G?teborg durch, wo er zudem neue experimentelle Methoden entwickelte, die schlie?lich zum Erfolg führten. ?Die Idee zu diesem Projekt war schnell geboren, da dieses Problem aus der Nanoherstellung eindeutig ersichtlich war“, sagt Schmidt. Doch der Weg zur L?sung sei lang gewesen. Letztlich setzte sich der Ansatz durch, den kritischen Casimir-Effekt durch den quantenelek?tro?dynamischen Casimir-Effekt zu dominieren.

Angewendet werden soll die Idee zukünftig, um mikro- und nanoelektromechanische Systeme von mechanischen Reibungsblockaden zu befreien und damit neue wirkungsvolle funktionsorientierte Nano-Bauteile weiterzuentwickeln.