Forscher: Gewöhnlicher Kristall hat negativen Brechungsindex
Entdeckung könnte Herstellung reflexionsfreier Linsen ermöglichen
Amerikanische Wissenschaftler haben herausgefunden, dass eine in der Technologie relativ gebräuchliche Legierung Licht in die falsche Richtung brechen kann. Da der Kristall zudem nicht wie bisher üblich in einer komplizierten Weise mit Löchern versehen werden muss, verspricht die Entdeckung die einfache Demonstration bisher nur theoretisch vorhergesagter Eigenschaften der negativen Brechung. Das berichten die Forscher im Fachmagazin Physical Review Letters (Bd. 91, Artikel 157404).
ANZEIGE
Dringt ein Lichtstrahl aus der Luft in einen Kristall ein, wird er gewöhnlich um einen von dem berühmten Sneliusschen Brechungsgesetz festgelegten Winkel abgelenkt. Dieser Winkel ist durch den Brechungsindex oder die optische Dichte des Kristalls bestimmt. In den letzten Jahren haben Forscher herausgefunden, dass bestimmte, künstlich hergestellte Materialien – so genannte Meta-Materialien – einen negativen Brechungsindex aufweisen können und so Licht um einen negativen Winkel gegenüber der Einfallsrichtung ablenken.
Yong Zhang vom Nationallaboratorium für erneuerbare Energien in Colorado und seine Kollegen haben nun entdeckt, dass ein Kristall einer Legierung aus Yttrium, Vanadium und Sauerstoff auch ohne Weiterverarbeitung einen negativen Brechungsindex für Lichtwellen über einen großen Frequenzbereich aufweist. Der Kristall besteht aus zwei ineinandergeschachtelten Kristallgittern mit symmetrischen optischen Achsen. Wie die Forscher in ihrer Studie zeigen, erlaubt dies das Auftreten der negativen Brechung für Lichtwellen, die unter einem genau festgelegten Winkelbereich auf den Kristall auftreffen.
Eine weitere interessante Eigenschaft des Kristalls besteht darin, dass dieser Licht unter bestimmten Bedingungen vollständig brechen kann – ohne einen Teil des Strahls an der Kristalloberfläche zu reflektieren. Dies könnte die Herstellung neuartiger Hochleistungslinsen für optische Instrumente ermöglichen, so Zhang.
In einer nächsten Reihe von Experimenten wollen die Forscher einige der vorhergesagten Eigenschaften der negativen Brechung wie etwa die Umkehrung des Doppler-Effekts und der Cerenkov-Strahlung überprüfen. Unter Umständen könnte das Material auch zur Herstellung perfekter Linsen führen, die Objekte mit einem kleineren Durchmesser als das Beugungslimit der Optik abbilden können.
Stefan Maier
