Verkehrte Welt wird (beinahe) sichtbar

Physiker in den USA haben auf der Märztagung der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft in Denver ein Metamaterial mit einem negativen Brechungsindex für Wellenlängen um die 810 Nanometer vorgestellt. Die Forscher sind damit dem Ziel, derartige Materialien für sichtbares Licht herzustellen, einen beträchtlichen Schritt näher gerückt. Allerdings ist noch viel Arbeit nötig, bevor Licht durch den gesamten sichtbaren Bereich in die falsche Richtung gebrochen werden kann.
Metamaterialien bestehen aus regelmäßigen Mustern kleiner metallischer Objekte mit Abmessungen weit unterhalb der Wellenlänge der anvisierten Strahlung. Geschickt konstruiert, können diese künstlichen Gebilde über einen schmalen Frequenzbereich einen negativen Brechungsindex aufweisen. Wenn Licht auf ein derartiges Metamaterial trifft, wird es daher in die falsche Richtung gebrochen, und die dadurch ermöglichten Anwendungen in der Datenübertragung sowie der elektromagnetischen Abschirmung von Objekten beflügeln schon seit mehreren Jahren die Phantasie vieler Forscher.

Zunächst für Mikrowellen und Infrarotstrahlung konzipiert, rücken Metamaterialien mit negativem Brechungsindex immer weiter in den höheren Frequenzbereich hinein, hin zu sichtbarem Licht. Vladimir Shalaev und seine Kollegen von der Purdue-Universität vermelden nun, einen negativen Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 813 Nanometern erzeugt zu haben. Dies liegt nur knapp außerhalb des sichtbaren Bereichs von 380 bis 780 Nanometern.

Das von den Purdue-Forschern hergestellte Material besteht aus zwei dünnen Metallfolien, die durch eine nur wenige Duzend Nanometer dünne Oxidschicht voneinander elektrisch isoliert sind. Um daraus ein Metamaterial herzustellen, durchlöcherten die Forscher die Schichtfolie mit einem quadratischen Gittermuster winzig kleiner Löcher, die Abmessungen von etwa 120 Nanometern aufwiesen.

Durch eine Untersuchung der Lichtreflexion an dieser Folie konnten die Forscher in der Tat zeigen, dass sie im nahen Infrarotbereicht einen negativen Brechungsindex aufwies. Die Forscher wollen nun darangehen, durch eine weitere Verkleinerung der Dimensionen ihrer Löcher einen Brechungsindex im roten Bereich des Spektrums zu erzeugen. Dies wird allerdings wohl recht schwierig sein, da die für das Auftreten dieser Effekte notwendige gute Leitfähigkeit von Metallen im sichtbaren Bereich drastisch abnimmt.


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