Die exakte Vermessung der Erde

Mit einer neuartigen Technologie will ein Wiener Start-up-Unternehmen hochgenaue Laserspiegel herstellen. Diese Superspiegel können Navigations- und Messgeräte deutlich präziser machen.

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Symboldbild Weltkugel – (c) imago/Ralph Lueger (imago stock&people)

Ein gewöhnlicher Spiegel genügt, um sich die Haare schön zu machen. Will man vor dem Ausgehen aber noch schnell ein Satelliten-Navigationssystem im All installieren, sollte man ultrapräzise Hochleistungslaserspiegel zur Hand haben. Dank zusätzlicher Investoren wie dem niederösterreichischen TecNet will das Wiener Start-up Crystalline Mirror Solutions (CMS) jetzt eine ganz neue, stark verbesserte Generation dieser Superspiegel in Serie produzieren. Sie könnten in Navigationsgeräten eine zentimetergenaue Ortung garantieren, in der Umweltanalytik den Nachweis bestimmter Substanzen erleichtern und vieles mehr.

Es gibt mehrere Gründe, warum es nicht schlichte Badezimmerspiegel sind, die in Satelliten und anderen High-Tech-Anwendungen verbaut werden. „Beim Badezimmerspiegel gehen einige Prozent des auffallenden Lichts verloren“, erklärt Christian Pawlu, Vorstand von CMS. „Ein Superspiegel absorbiert weniger als eines von einer Million auftreffender Lichtteilchen.“

Durch einen neuen Herstellungsprozess und geänderte Materialien will CMS einen Durchbruch bei der Leistungsfähigkeit solcher Spiegel geschafft haben. Der Clou liegt in der Verwendung eines auf Halbleitern basierenden Kristalls, der in mehreren Schichten „gezüchtet“ und anschließend auf nahezu beliebige optische Träger transferiert werden kann.

 

Atome können nicht still sitzen

Pawlu, der auch schon Hirnforscher und Unternehmensberater war, beschreibt den Vorteil kristalliner Spiegel: „Bei jeder noch so glatten Oberfläche schwingen die Atome, die die Oberfläche bilden, in chaotischer Art und Weise. Das heißt, jedes Atom ist mal ein bisschen näher, mal etwas weiter weg, sodass ein auftreffender Lichtstrahl bei der Reflexion ein kleines bisschen aus dem Gleichschritt gebracht wird. Im Idealzustand würden die Atome still sitzen, die Oberfläche wäre vollkommen glatt, und das Licht würde ohne Versetzung zurückgeworfen werden.“

Jetzt wird es möglich, die Vorteile kristalliner Halbleiter ins Spiel zu bringen. Im Kristallgitter sitzen die Atome nämlich von vornherein an einem definierten Platz, was das Reflexionschaos reduziert. Das als Brownsches Rauschen bekannte Schwingen der Atome ist laut CMS um den Faktor zehn, mit Kühlung sogar um den Faktor 100 geringer. „Durch unsere auf unterschiedliche Optiken aufbringbaren kristallinen Beschichtungen können Atomuhren entwickelt werden, die viel präziser sind als derzeitige. Die Ungenauigkeit ist umgerechnet wesentlich geringer als eine Sekunde im Vergleich zum Alter des Universums“, betont Pawlu. Über die Laufzeitmessung eines Funksignals durch mehrere Satelliten bestimmen Navigationssysteme die Position des Signalgebers auf dem Erdball. Genauere Uhr, genauere Positionsbestimmung.

Bei anderen Anwendungen zählen andere Eigenschaften der neuen Technik: die geringe Strahlungsabsorption im mittleren Infrarot-Bereich oder die 30-fach verbesserte Wärmeleitfähigkeit. Die CMS-Gründer, Markus Aspelmeyer, Professor für Quantenphysik, und Garrett Cole, Materialwissenschaftler aus Kalifornien, haben gemeinsam an der Uni Wien geforscht, ehe sie 2013 Unternehmer wurden. Seit März ist ein Standort am Institute of Science and Technology (IST) Austria dazugekommen. Hier soll vor allem die Serienproduktion der kristallinen Superspiegel hochgefahren werden. Anwendungen im Friseur-Bereich sind derzeit nicht geplant.

LEXIKON

Eine Atomuhr basiert auf der energetischen Anregung eines um den Atomkern kreisenden Elektrons. Ein Lichtstrahl hebt es auf eine weitere Umlaufbahn. Die Energiedifferenz zwischen beiden Niveaus ist naturgemäß exakt definiert und dient als Taktgeber der Atomuhr. Je stabiler der Lichtstrahl, desto exakter die Atomuhr.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 18.03.2017)

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