Amsterdamse vondst op ruimtestation
Door een geheel nieuw soort ‘plakkracht’ van nanobolletjes van 1/10000ste millimeter te gebruiken hebben wetenschappers van de UvA deze kunnen stapelen. Dat kon dankzij een experiment dat zij lieten uitvoeren aan boord van het ruimtestation ISS. Het is voor het eerst dat nanobolletjes spontaan stapelden door de plakkracht van buiten af aan te zetten. In de toekomst kunnen de resultaten bruikbaar zijn bij het ontwerpen van een nieuwe generatie computers.
Stapelen met Casimirkracht
Wetenschappers van de groep zachte materie van het Institute of Physics aan de UvA hebben, in samenwerking met collega’s van de Universiteit van Milaan en ESA, aan boord van het ruimtestation nanobolletjes door de zogeheten kritieke Casimirkracht gestapeld. Dat leidde tot grote clusters die met het blote oog waargenomen kunnen worden. Op aarde zou dit proces nooit hebben kunnen plaatsvinden.
Casimirkrachten zijn vergelijkbaar met de krachten die twee dicht bij elkaar varende schepen ondervinden. Van alle golven op zee passen er slechts enkele tussen de twee schepen. Daardoor is de druk die de golven uitoefenen op de buitenkant van de schepen groter dan de druk van de enkele golven die de schepen uiteen drijft. Het gevolg is dat de schepen naar elkaar toe gedrukt worden: een effectieve aantrekking.
De nanodeeltjes in het experiment, die in een vloeistofmengsel opgelost zijn, ondervinden een soortgelijke aantrekkingskracht als zij elkaar naderen door lokale verschillen in concentratie van de twee componenten van de vloeistof. Deze kritieke Casimirkracht is sterk afhankelijk van de temperatuur van de vloeistof. Door de temperatuur te variëren kon onderzocht worden hoe de vorm en structuur van de gevormde clusters afhangt van de sterkte van de aantrekkende kracht.
Andere structuren in de ruimte
Op aarde wordt er – onder invloed van de zwaartekracht – slechts één type cluster gevormd, onafhankelijk van de grootte van de Casimirkrachten, zoals bij kleine sneeuwvlokken. In de ruimte blijken de clusters veel verder te groeien. De onderzoekers zien dan de vorming van zowel compacte, bolvormige structuren als vlakke, meer open structuren en zelfs van lijnvormige structuren, afhankelijk van de sterkte van de Casimirkrachten. Vergelijking met experimenten op aarde laat zien dat niet alleen de vorm en de structuur beïnvloed worden door de zwaartekracht, maar ook het groeiproces zelf.
Het begrip van het groeiproces dat de onderzoekers zo verkregen kan gebruikt worden om grote fotonische kristallen te groeien. Zulke fotonische kristallen zijn essentieel voor een nieuwe generatie computers waarin licht de plaats van elektronen inneemt.
