Eiswürfel durch Laserbeschuss

Wer Wasser zu Eis gefrieren will, denkt wohl als letztes an einen Beschuss mit Laserstrahlen. Doch obwohl sich Substanzen durch die intensiven Lichtpulse aufheizen, konnten deutsche und britische Physiker damit Wasser zu Eis gefrieren lassen.

Göttingen - Zur Herstellung von Eiswürfeln für den Cocktail ist diese Methode zu aufwändig. Aber wie die Forscher in der Fachzeitschrift "Physical Review Letters" berichten, lässt sich damit das Kristallwachstum in einer Flüssigkeit lokal steuern. Es locken neue Prozesse für die Entwicklung vielseitiger Werkstoffe.

"Der fokussierte Laserpuls verdampft das Wasser lokal begrenzt, erzeugt eine starke Druckwelle und eine wachsende Wasserdampfblase", sagt Robert Mettin von der Universität Göttingen. Mit diesem Effekt Eis zu erzeugen klingt paradox, funktioniert im Labor aber sehr gut. Der Grund dafür findet sich in dem auf etwa minus acht Grad unterkühltem Wasser in dem Versuchsbehälter von der Größe eines Schnapsglases. Ohne Verunreinigungen und Erschütterung bleibt das Wasser selbst unter dem Gefrierpunkt flüssig. Der Laserpuls stört diesen labilen Zustand und veranlasst die Wassermoleküle sich zu festen Kristallen anzuordnen.

Der Vorteil dieser Methode ist, dass die Eisbildung an einem beliebigen, winzigen Punkt gezielt gestartet werden kann. Dazu wird der Laserpuls in der Flüssigkeit auf einen nur 50 bis 100 Millionstel Meter kleinen Punkt fokussiert. Hier verdampft ein wenig der Flüssigkeit, eine Dampfblase bildet sich. Zerplatzt diese, reicht diese Störung aus, um als Kristallisationskeim zu dienen. Schlagartig erstarrt von diesem Punkt aus das gesamte Wasser.

Diese Kontrolle eines Kristallwachstums mit Laserpulsen könnte sehr interessant für die Entwicklung von neuen Werkstoffen sein. Schmelzen lassen sich besser beherrschen und eine Erstarrung würde nicht mehr quasi zufällig an einer Verunreinigung starten. Einen ähnlichen Effekt konnten andere Forschergruppen bereits mit fokussierten Ultraschallwellen beobachten. Doch im Vergleich zu dieser so genannten Sonokristallisation lässt sich der Startpunkt der Kristallbildung mit dieser Photokristallisation per Laserpuls besser beeinflussen.