Ein US-amerikanisches Forscherteam hat untersucht, wie Licht effektiv zum Anschieben von kleinen Geräten eingesetzt werden kann. Entscheidend ist dabei die Form der angestrahlten Fläche und damit der Einfallsvektor der Photonen, berichten Grover Swartzlander und seine Kollegen.

Zu diesem Schluss kamen die Forscher des Rochester Institute of Technology im US-Bundesstaat New York nach intensiven Modellrechnungen. Die Ergebnisse halfen ihnen beim Design eines "Lichtflügels", einer präzise nach den errechneten Anforderungen fotolithografisch modellierten Mikrostruktur. Schon ein schwacher Milliwatt-Laserstrahl kann diese nun gerichtet umherschieben – ohne dass dafür wie etwa bei "optischen Pinzetten" zwei Lichtquellen nötig sind, die einen Gradienten erzeugen und damit die Bewegungsrichtung vorgeben.

Beim Lichtschub treten gewisse physikalische Analogien zu den Kräften auf, die an Tragflächen von Flugzeugen oder Heckspoilern beim Auto wirken, erklären die Forscher. Hier sorgt die asymmetrische Wölbung der Flügelfläche für Druckunterschiede zwischen der angeströmten Ober- und Unterseite und damit für einen vertikalen Kraftvektor: den Auftrieb des Flügels oder den Abtrieb eines Spoilers.

Entgegen der Analogie kommen die Photonen am Lichtflügel zwar nicht in unterschiedlichen Intensitäten vor, stattdessen werden sie aber in verschiedene Richtungen gebeugt und reflektiert. In der Summe resultiert daraus ein Strahlungsdruck, dessen Gesamtvektor durch die Wölbung der Oberfläche bestimmt wird. Mit dem nun in der Praxis getesteten Wissen könnten, so hoffen die Forscher, in der Zukunft Mikromaschinen mit Lichtantrieb oder Photonensegel für Weltraumreisen gestaltet werden. (jo)