Flüssige Linse: Nanoballon verändert Form auf Knopfdruck

Extrem dünne Kohlenstoff-Folie aus Graphen bildet Grundlage für winzige und schnell fokussierbare Objektive

Nanoballon
Nanoballon

Manchester (Großbritannien) - Objektive der Zukunft könnten ganz ohne starre Linsen aus Glas oder Kunststoff auskommen. Gibt es heute bereits erste fokussierbare Flüssiglinsen, ließe sich deren Leistungsfähigkeit mit einer millionstel Millimeter dünnen und durchsichtigen Schicht aus Kohlenstoff deutlich steigern. Die Grundlage dazu legte nun das Team um die Physik-Nobelpreisträger Andre Geim und Kostya Novoselov an der Universität Manchester. Sie schafften es, eine hauchdünne Folie aus Graphen mit elektrischer Spannung gezielt zu verformen. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift "Applied Physics Letters" berichten, ließ sich die Krümmung ihres Nanoballons über einen weiten Bereich quasi per Knopfdruck kontrollieren.

"Graphen ist undurchlässig für Gase, sehr elastisch und optisch transparent", erklären Novoselov und Kollegen. Wegen dieser Eigenschaften lassen sich gezielt Graphen-Blasen in unterschiedlichen Formen erzeugen. Für ihre Experimente setzten die Wissenschaftler eine nur eine Atomlage dünne Graphenschicht auf einen isolierenden Träger aus Siliziumdioxid. Für die elektrischen Kontakte dampften sie filigrane Schichten aus Gold und Titan auf. Wegen der geschickten Anordnung der Graphenschicht wölbte sich diese zu einer winzigen Blase auf. Mit einer elektrischen Spannung ließ sich diese Wölbung kontrollieren. Verantwortlich dafür sind Veränderungen in der elektrostatischen Aufladung des Materials. Die größte Ausdehnung erreichte die Graphenblase bei einer Spannung von 15 Volt. Ohne Stromfluss schrumpfte sie wieder messbar zusammen.

Dieses Verhalten ist die Grundlage für eine elektrisch regelbare Fokussierlinse. In weiteren Versuchen müsste die Graphenblase mit einer transparenten Flüssigkeit gefüllt werden, die einfallendes Licht möglichst stark brechen kann. Gelänge dieser Schritt, ließen sich winzige, verstellbare Objektive konstruieren, die leicht in Smartphones integriert werden könnten. "Im Augenblick ist es aber zu früh, um irgendetwas Konkretes über solche Linsenanwendungen zu sagen", dämpft Novoselov verfrühte Erwartungen.

Die nun erreichte Kontrolle über die Wölbung von Graphenblasen könnte jedoch auch wichtig für andere Anwendungen sein. Denn das Material ist trotz seiner extrem geringen Dicke hochstabil und zugleich elektrisch leitfähig. Aus ihm konnten daher bereits neue elektrische Schaltkreise und Sensoren gefertigt werden. Verlockend ist dabei die schier unendliche Verfügbarkeit von Graphen. Denn es lässt sich relativ einfach aus schlichtem Graphit, wie es in jeder Bleistiftmine steckt, herstellen.