Stuttgart/London. Mit Schallwellen ordnen Forscher Partikel zu dreidimensionalen Motiven an

Deutsche Forscher haben Schallwellen auf einfache Weise dreidimensional geformt und somit akustische Hologramme erzeugt. Damit ordneten sie Mikropartikel in einer Flüssigkeit etwa zum Bild der Friedenstaube an. Sie verwenden dazu eine Art Schalllinse aus einem
3-D-Drucker, die durch ihre reliefartige Oberfläche die Schallwellen beeinflusst. Das Verfahren lasse sich unter anderem in der Medizin und der Nanotechnologie nutzen, schreibt das Team um Peer Fischer vom Stuttgarter Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme im Magazin „Nature“.

„Wir suchten eine Möglichkeit, eine große Zahl von Mikropartikeln gleichzeitig zu bewegen und größere Strukturen aus ihnen zu formen“, wird Fischer in einer Mitteilung der Max-Planck-Gesellschaft zitiert. Dies gelang dem Team durch die Modellierung von Ultraschall. Zwar gibt es bereits Wege, um Schallwellen in drei Dimensionen zu formen, doch benötigen die Verfahren dazu mehrere Schallquellen. Zudem haben sie nur eine geringe Auflösung, sind also recht grob. „Wir können Schall nun ohne diese aufwendige Technik dreidimensional modellieren“, sagt Erstautor Kai Melde.

Zur Demonstration schufen Fischer und Kollegen ein Abbild der Friedenstaube des Malers Pablo Picasso in einer Flüssigkeit mit Mikropartikeln. Nach dem Einschalten des Schallerzeugers ordneten sich die Partikel in der gewünschten Form an. Außerdem erzeugten die Forscher in einem kleinen Wasserbecken durch den Schalldruck zwei ringförmig stehende Wellen, an denen ein winziges Bötchen entlangsurfte. Ferner ließen sie mittels Ultraschallfeld Wassertropfen und sogar kleine Aluminiumteilchen schweben.

Wie bei einem optischen Hologramm besteht der Trick darin, die Wellenphase zu verändern. Die Phase ist eine Angabe darüber, an welcher Stelle zwischen Wellental und Wellenberg sich eine Welle befindet. Durch gezielte Phasenverschiebungen ergibt sich ein dreidimensionaler Eindruck. Beim akustischen Hologramm sorgt eine Linse, die den Schall schneller leitet als die umgebende Flüssigkeit, für die Phasenbeeinflussung: Je stärker die Schallwellen gegeneinander verzögert werden müssen, desto dicker die Linse.

Adrian Neild von der Monash University in Clayton (Australien) sieht in einem „Nature“-Kommentar Anwendungsgebiete unter anderem in einer extrem hochauflösenden Bildgebung etwa in der Medizin, und in einer punktgenauen Erhitzung von Materialien.