Wien – Ein von einem Forschungsteam der Technischen Universität (TU) Wien entwickelter neuer Sensor für elektrische Felder hat sich im Einsatz am Europäischen Kernforschungszentrum CERN bewährt. Zusammen mit Kollegen der Donau-Universität Krems und Forschungsgruppen aus Großbritannien und vom CERN überprüften die Wiener Forscher, wie gut Messungen mit ihrem Sensor mit "sehr exakt bekannten Daten" aus Simulationen zusammenpassen. Die Daten des Sensors stimmten demnach sehr gut mit jenen aus dem Computer überein, bilanzieren die Forscher im Fachblatt "Physical Review Letters".
Die Funktionsweise
Der von Wissenschaftern um Andreas Kainz vom Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme der TU Anfang des vergangenen Jahres im Fachjournal "Nature Electronics" vorgestellte Bauteil besteht aus Silizium und verändert daher – im Gegensatz zu derzeit eingesetzten Geräten mit Metallkomponenten – das zu messende elektrische Feld nicht. In dem Sensor hängt ein mikrometergroßes Siliziumgitter an einer Feder.
In einem elektrischen Feld wirkt eine Kraft auf das Silizium und dehnt bzw. staucht die Feder. Sichtbar gemacht wird diese Bewegung optisch. Über dem beweglichen Siliziumteil befindet sich ein weiteres Gitter, wobei sich im Ausgangszustand die Öffnungen der beiden Strukturen exakt überdecken. Verändert sich die Position des Siliziumgitters in einem elektrischen Feld, kann Licht durch die entstehenden Öffnungen fallen.
Präzision ist alles
Am CERN wurde der Ansatz nun in der Antimaterie-Forschung eingesetzt, wo besondere präzise Messungen nötig sind, um die Bahn von Antimaterie-Teilchen im Beschleuniger richtig einzustellen. Bei der Analyse elektrischer Felder sei die Aufgabe jedoch "kompliziert, weil Metallkomponenten in den Geräten oft das Feld stören, das man eigentlich messen möchte. Wenn das Gerät noch dazu geerdet werden muss, um einen Referenzpunkt zu haben, werden die Störungen noch schlimmer", so Kainz.
Bisherige Geräte waren zudem oft schwer und unhandlich. Deshalb griff man in der Vergangenheit auf Computersimulationen zurück, mit denen berechnet wurde, wie einzelne Bauteile geformt sein müssen, um bestimmte Felder zu erhalten. (APA, 7. 8. 2019)