Schweizer Forscher ebnen Weg für winzige Motoren

Im kleinen Nanobereich konnte er bisher aber nicht genutzt werden. Bei vielen Legierungen mit Formgedächtnis wechseln Objekte nur dann in ihre Ursprungsform zurück, wenn sie grösser als rund 50 Nanometer sind.

Die Zürcher Forscher erreichten den Effekt nun an einer 20 Nanometer dünnen Schicht aus sogenanntem ferroischen Oxid. Die Schicht ist damit 3500 Mal dünner als ein menschliches Haar – und somit die dünnste, an der jemals ein solcher Effekt beobachtet wurde. Die Ergebnisse wurden kürzlich im renommierten Fachblatt «Nature Communications» veröffentlicht.

Die mechanische Bewegung, die beim «Umschalten» von einer Verformung zurück in die ursprüngliche Form entsteht, könnte auch zum Antrieb kleinster Motoren genutzt werden, schreiben die Forschenden in der Studie. So könnten Nanoroboter hergestellt werden, die in den Körper implantiert werden, um Zellen zu stimulieren oder Gewebe zu reparieren. Zum Beispiel um Nervenzellen im Gehirn zu aktivieren, für Herztherapien oder um die Knochenheilung zu beschleunigen.

Um bei ferreoischen Oxiden ein Formgedächtnis zu entwickeln, mussten die Forschenden das Material bearbeiten. Im grossen Massstab sind Ferroische Oxide spröde und unflexibel. Diese Einschränkung umgingen die Forschenden mit zwei verschiedenen Oxiden, Bariumtitanat und Kobalteisenstein, von denen sie dünne Schichten kurzzeitig auf ein Trägermaterial auftrugen und dann wieder ablösten. Ist das bearbeitete Material verformt, kann es mit dem Elektronenstrahl eines Rasterelektronenmikroskops – also mit elektrischer Energie – wieder in seine ursprüngliche Form gebracht werden.