Tarnkappe für Mikro-Beule

Deutsche Wissenschaftler haben erstmals eine Tarnkappe für ein dreidimensionales Mikro-Objekt demonstriert. Das Umleiten von Licht mit Hilfe von so genannten Metamaterialien ist bislang nur in zwei Dimensionen gezeigt worden. Das Team vom Karlsruhe Institute of Technology (KIT), das auf konzeptionellen Arbeiten britischer Forscher aufsetzt, konnte nun erstmal zeigen, wie sich eine winzige Delle in einem metallischen Spiegel mit Hilfe eines Meta-Tarnmantels verbergen lässt – bislang allerdings nur im infraroten Spektralbereich. Tolga Ergin und seine Kollegen beschreiben ihre Arbeit in einem Aufsatz, der heute in der Online-Ausgabe Wissenschaftsmagazin Science veröffentlicht wird.

Die ungewöhnlichen Effekte, die mit Hilfe von Metamaterialien möglich sind, beruhen auf der gezielten, lokalen Beeinflussung des Brechungsindexes: Wenn elektromagnetische Wellen auf ein Material treffen, versetzen die Felder dessen Elektronen in Schwingungen. Die wirken wiederum auf die Felder zurück und beeinflussen dadurch, in welcher Richtung und mit welcher Geschwindigkeit sich die Strahlung in dem Material ausbreitet. Wie genau dies geschieht, hängt dabei von zwei für jedes Material charakteristischen Eigenschaften ab.

Der britische Physiker John Pendry vom Imperial College London fand in den neunziger Jahren heraus, dass sich bestimmte geometrische Strukturen in einem Material gegenüber langwelliger Strahlung, wie etwa Mikro- oder Radiowellen, ähnlich verhält wie Atome. So zum Beispiel winzige geschlitzte Ringe und kurze Drähte aus Kupfer oder Gold. Die nano- bis mikrometerkleinen Metallstückchen werden von den ausgedehnten, elektromagnetischen Wellen nicht als einzelne Einheiten wahrgenommen, wechselwirken aber mit der elektromagnetischen Strahlung – und bilden damit eine Art künstlicher "elektrischer" und "magnetischer" Atome.

Die Struktur, die Tolga Ergin und seine Kollegen verwendet haben, wird von den Forschern „woodpile“ genannt; sie erinnert an einen mikroskopischen Holzstapel, dessen einzelne Stämme einen Durchmesser von einigen hundert Nanometern haben. Das Material, das photolithographisch hergestellt wird, funktioniert nach Angaben der Wissenschaftler in einem „erstaunlich großen“ Wellenlängenbereich von 12 bis 2,7 Mikrometer. Fragen nach der Anwendung beantwortet Ergin im Science-Interview allerdings noch ausweichend. Das Experiment habe gezeigt, welches Potenzial die „Transformations-Optik“ habe. Im übrigen sei das Feld aber erst noch dabei, sich zu entwickeln. (wst)