Nanobolletjes stapelen in de ruimte

12 december 2012

Door gebruik van een geheel nieuw soort ‘plakkracht’ hebben wetenschappers van de Universiteit van Amsterdam (UvA) gecontroleerd nanobolletjes – bolletjes van 1/10000ste millimeter - gestapeld in 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.

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 de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, aan boord van het International Space Station nanobolletjes door middel van een nieuw soort plakkracht - de zogeheten kritieke Casimirkracht - gestapeld tot grote clusters die met het blote oog waargenomen kunnen worden. Op aarde zou dit proces nooit hebben kunnen plaatsvinden.

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.

Op 10 december zijn de resultaten gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Physical Review letters.

Krachten op schepen

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.

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 groter te groeien en zien de onderzoekers 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.

Publicatiegegevens

Sandra J. Veen, Oleg Antoniuk, Bart Weber, Marco A. C. Potenza, Stefano Mazzoni, Peter Schall, Gerard H. Wegdam: Colloidal Aggregation in Microgravity by Critical Casimir Forces. Physical Review Letters (10 december 2012).

Gepubliceerd door  UvA Persvoorlichting