Lasergetriebene Metajets vielversprechend für Raumfahrzeugantriebe

Derzeit wurden die Experimente an Geräten durchgeführt, die schmaler sind als ein menschliches Haar, aber das Team sagt, dass die zugrunde liegende Physik auf viel größere Systeme skaliert werden könnte, wenn genügend optische Leistung verfügbar ist.

Licht wird zu Schub Metajets bestehen aus Metasurfaces, ultradünnen Materialien, die mit nanoskaligen Strukturen versehen sind, welche präzise steuern können, wie Licht sich verhält. Anstatt Treibstoff zu verwenden, basiert das System auf dem Impulserhalt.

Wenn Laserlicht äche reflektiert wird, übt es eine winzige Kraft aus, die ein Objekt vorwärts drücken kann. Die Forscher vergleichen den Effekt mit Tischtennisbällen, die äche abprallen.

Jeder Aufprall überträgt Impuls, und genug

Jeder Aufprall überträgt Impuls, und genug dieser Aufprälle können messbaren Schub erzeugen. Durch die sorgfältige Gestaltung der Oberflächengeometrie ließ das Team die Geräte in drei Dimensionen bewegen, was das Heben, Drehen und Steuern ermöglichte.

Dieses Maß an Kontrolle ist bemerkenswert, da viele frühere optische Antriebssysteme sich auf Bewegungen in begrenzten Richtungen konzentrierten oder selbst abhingen. Steuern mit Photonen Texas A&M sagt aus, dass seine Methode die Steuerung direkt in das Material und nicht in die externe Lichtquelle einbringt.

Das könnte zukünftige Systeme vereinfachen und die Skalierung erleichtern. Die erzeugte Kraft hängt hauptsächlich und nicht öße des Geräts ab, was darauf hindeutet, dass ähnliche Prinzipien auf viel größere Plattformen anwendbar sein könnten.

Um die Metajets zu bauen, verwendete

Um die Metajets zu bauen, verwendete das Team nanoskalige Fertigungstechniken, die die Form, Ausrichtung und Platzierung winziger Merkmale auf jeder Oberfläche präzise steuerten. Die Tests fanden in einer Flüssumgebung statt, was half, die Schwerkraft auszugleichen und die Bewegung leichter beobachtbar machte.

Die Forscher suchen nun nach Fördermitteln, um das Konzept in Mikrogravität zu testen, wo die Laserantriebstechnik ohne die Einschränkungen der Erdanziehungskraft untersucht werden könnte. Wenn es erfolgreich ist, könnte die Technologie irgendwann die brennstofffreie Bewegung für winzige Maschinen, Orbitalsysteme oder Tiefraumsonde unterstützen.

Langfristig wurden lasergetriebene Segel oder verwandte Raumfahrtskonzepte als Weg zu interstellaren Reisen vorgeschlagen. Die neue Arbeit fügt einen weiteren Ansatz zur Steuerung hinzu.

Über den Weltraumflug hinaus könnte die

Über den Weltraumflug hinaus könnte die Fähigkeit, Objekte ohne Kontakt zu bewegen, auch in der Präzisionsfertigung, der Mikrorobotik und fortschrittlichen Sensorsystemen nützlich sein. Das Projekt wurde Advanced Nanophotonics an der Texas A&M geleitet.

Die Studie wurde in Newton veröffentlicht.