Ein Tarnumhang für magnetische Hindernisse
Neue Methode macht Objekte auf einem Magnetfeld innerhalb eines Teilchenstroms unsichtbar.
Objekte unsichtbar werden lassen, ist längst keine rein fiktive Vorstellung mehr. Zumindest in Ansätzen funktioniert das auch in der Forschung: Objekte lassen sich so manipulieren, dass sie für bestimmte Wellen wie Licht oder Schall unsichtbar werden. Forscher der Uni Bayreuth weiten dieses „Cloaking“ jetzt auch auf Teilchenbewegungen aus. Cloaking für Teilchenströme auf miniaturisierten, chemischen Laboren - den Lab-on-a-chip-Devices - kann helfen, Wirkstoffe gezielt zu transportieren, ohne dass sie unerwünschten vorzeitigen chemischen Reaktionen ausgesetzt sind.
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Cloaking bezeichnet eine physikalische Methode, die ein Objekt in eine Art Unsichtbarkeitsmantel hüllt, wodurch es nicht mehr erkannt werden kann. Bislang wurde Cloaking nur mit Wellen – beispielsweise Licht- oder Schallwellen – untersucht. Dabei werden Wellen um ein Objekt oder Hindernis herumgeleitet, ähnlich wie Wasser in einem Fluss, das um einen Stein fließt. Dadurch erreichen die Wellen ihr Ziel so, als wäre das Hindernis nicht da – es wird also „unsichtbar“. Das Team der Uni Bayreuth hat nun eine Methode entwickelt, Cloaking auch für Teilchenbewegungen zu realisieren.
Hierfür haben sie kleine Teilchen, Kolloide, über ein magnetisches Feld im Schachbrettmuster strömen lassen. Die Kolloide sind paramagnetisch, sie verhalten sich also nur magnetisch, wenn sie sich in der Nähe eines Magneten oder eines externen Magnetfelds befinden. Durch mathematische fundierte, gezielte Veränderungen des Magnetfelds wurden Bereiche auf dem Schachbrett geschaffen, die vom Teilchentransport unberührt bleiben – also „unsichtbar“ wurden.
Diese Bereiche beeinflussten die Kolloide nur beim Umfahren des Hindernisses, nicht aber nach dem Passieren. Dabei kamen die Teilchen in derselben Zeit am Zielort an wie Teilchen auf der Strecke ohne Hindernis. „Wir haben außerdem experimentell gezeigt, dass bei richtiger Wahl der Hindernisform die Größe des Hindernisses egal ist – es kann beliebig groß sein, und die Teilchen kommen trotzdem rechtzeitig an ihrem Ziel an“, sagt Anna Rossi von der Uni Bayreuth.
U. Bayreuth / RK
