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Magnetfeld biegt Mikrowellen

Astronomie|Physik Technik|Digitales

Magnetfeld biegt Mikrowellen
Dünne Schichten aus abwechselnd übereinander gestapelten Supraleitern und Ferromagneten brechen beim Anlegen eines äußeren Magnetfelds einen Mikrowellenstrahl in die falsche Richtung. Das haben Forscher der Universität von Augsburg zusammen mit Kollegen aus Polen und den Vereinigten Staaten herausgefunden. Dabei können die Größe und sogar das Vorzeichen des Brechungsindex durch das angelegte Magnetfeld gesteuert werden.

Dass photonische Kristalle und Metamaterialien ? künstlich hergestellt Stoffe, deren Brechungsindex in periodischer Weise räumlich variiert ? unter bestimmten Umständen in sie eindringende elektromagnetische Strahlung in die “falsche” Richtung brechen, ist schon seit längerem bekannt. Andrei Primenov und seine Kollegen haben nun eine weitere Klasse derartiger Stoffe entdeckt.

Ausgangspunkt der Experimente des Forscherteams war ein Stapel aus mehreren, sich abwechselnden Schichten eines Hochtemperatursupraleiters und eines Ferromagneten, der insgesamt nur einen winzigen Bruchteil eines Millimeters dick war. Die Forscher untersuchten nun die Brechung eines gebündelten Mikrowellenstrahls durch den Kristall.

Dazu kühlten sie diesen zunächst auf eine Temperatur unterhalb von 90 Kelvin ab, so dass die Schichten des Hochtemperatursupraleiters in den supraleitenden Zustand übergingen. Der Mikrowellenstrahl wurde dabei weiterhin wie bei höheren Temperaturen auch in die richtige Richtung gebrochen, wie es sich für einen positiven Brechungsindex gehört.

Als die Forscher nun allerdings zusätzlich ein Magnetfeld einer Stärke von mehreren Tesla anlegten, brach der Kristall den Strahl ab einem gewissen Schwellenwert plötzlich in die umgekehrte Richtung. Somit hatte sich durch das Feld ein negativer Brechungsindex ausgebildet, dessen Größe sich zudem durch die Stärke des Felds steuern ließ.

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Primenov und sein Team wollen nun die optischen Eigenschaften ihres Materials weiter untersuchen. Eines ihrer Ziele ist es, eine Kombination von Materialien zu finden, bei denen der negative Brechungsindex schon mit deutlich schwächeren Magnetfeldern induziert werden kann.

Physical Review Letters (Band 95, Artikel 247009) Stefan Maier
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