Wissenschaft & Technik

Dänische Physiker verschenken die kleinste Weihnachtsplatte der Welt – in Stereo

Die ersten 25 Sekunden eines klassischen Weihnachtsliedes wurden mit dem Nanofrazor 3D-Lithografiesystem auf Polymerfolie aufgezeichnet.

Physiker der Technischen Universität Dänemark (DTU) bringen Weihnachtsstimmung, indem sie mit einem 3D-Nanolithographie-Werkzeug namens Nanofrazor den kleinsten Rekord aller Zeiten brechen. Die Melodie, die sie „aufgenommen“ haben, nicht weniger in vollem Stereo: die ersten 25 Sekunden von „Rocking Around the Christmas Tree“.

„Ich mache seit 30 Jahren Lithographie, und obwohl wir diese Maschine schon eine Weile haben, fühlt es sich immer noch wie Science-Fiction an“, sagte Peter Bøggild, Physiker an der DTU. „Um eine Vorstellung von dem Maßstab zu bekommen, an dem wir arbeiten, könnten wir mit diesem Ding unsere Unterschriften auf ein rotes Blutkörperchen schreiben. Das Radikalste ist, dass wir mit dieser verrückten Auflösung Freiform-3D-Landschaften erstellen können.“

Im Jahr 2015 erstellte dasselbe DTU-Team ein Miniatur-Farbbild davon Mona Lisa, etwa 10.000 Mal kleiner als das Originalgemälde von Leonardo da Vinci. Dazu erzeugten sie eine nanoskalige Oberflächenstruktur aus Reihen von Säulen, die von einer 20 nm dicken Aluminiumschicht bedeckt wurden. Wie stark eine Säule verzerrt war, bestimmte, welche Lichtfarben reflektiert wurden, und die Verzerrung wiederum wurde durch die Intensität des gepulsten Laserstrahls bestimmt. Zum Beispiel verzerrten Pulse mit niedriger Intensität die Säulen leicht und erzeugten blaue und violette Töne, während starke Pulse die Säulen deutlich verzerrten und orange und gelbe Töne erzeugten. Das resultierende Bild passt in einen Raum, der kleiner ist als die Grundfläche, die ein einzelnes Pixel auf einem iPhone Retina-Display einnimmt.

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Hineinzoomen / Im Jahr 2015 baute das DTU-Physikteam eine Nanoskala Mona Lisa mit einer Pixelgröße von zehn Nanometern.

DTU-Physik

Das DTU-Physikteam erwarb den Nanofrazor, um detaillierte 3D-Nanostrukturen schnell und relativ kostengünstig präzise zu formen. Die Weihnachtsscheibe war nur ein lustiges Ferienprojekt für Postdoc Nolan Lassaline, um die Fähigkeit zu demonstrieren, eine Oberfläche mit nanoskaliger Präzision zu formen. Anstatt einer Oberfläche Material hinzuzufügen, entfernt der Nanofrazor präzise Material, um die Oberfläche in das gewünschte Muster oder die gewünschte Form zu bringen – eine Art Graustufen-Nanolithographie.

„Der Nanofrazor fungierte als Plattendrehbank – er verwandelte ein Audiosignal in eine spiralförmige Rille auf der Oberfläche des Mediums“, sagte Bøggild, der auch Amateurmusiker und Vinyl-Enthusiast ist. „In diesem Fall ist das Medium ein anderes Polymer als Vinyl. Wir haben die Musik sogar in einem Stereosystem codiert – die Seitenbiegungen sind der linke Kanal, während die Tiefenmodulation den rechten Kanal enthält. Es kann sehr unpraktisch und teuer sein, dies zu tun.“ erfolgreich sein Um den Groove zu lesen, braucht man ein ziemlich teures Rasterkraftmikroskop oder Nanofrazor, aber es ist sicherlich möglich.”

Ziel ist es zunächst, mit dem Nanofrazor neuartige magnetische Sensoren zu entwickeln, die Ströme in lebenden Gehirnen erfassen können. Lassaline plant, „Quantenblasen“ in Graphen zu erzeugen, in der Hoffnung, neue Wege zu entdecken, um Elektronen darin und in anderen atomar dünnen Materialien präzise zu manipulieren. „Die Tatsache, dass wir jetzt Oberflächen mit nanoskaliger Präzision fast in der Geschwindigkeit der Vorstellungskraft präzise formen können, ist für uns ein Wendepunkt“, sagte DTU-Physiker Tim Booth. „Wir haben viele Ideen, was als nächstes zu tun ist, und wir glauben, dass diese Maschine das Prototyping neuer Strukturen erheblich beschleunigen wird.“

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