Donnerstag, 19. Mai 2011

Karlsruher Wissenschaftler entwickeln funktionierende Tarnkappe

Elektronenmikroskopische Aufnahme einer Tarnkappenstruktur. Das Polymer-Luft- Metamaterial (die "Holzscheite") ist blau eingefärbt, die mit Gold beschichteten Bereiche sind gelb. | Copyright: CFN

Karlsruhe/ Deutschland - Wissenschaftler am "Karlsruher Institut für Technologie" (KIT) haben eine optische Tarnung im für Menschen wahrnehmbaren Bereich des Lichts entwickelt und bereits erfolgreich im Nanometerbereich getestet.

"Mit den eigenen Augen etwas Unsichtbares zu sehen, ist eine spannende Erfahrung", zitiert die Pressemitteilung des KIT Joachim Fischer und Tolga Ergin. Die beiden Physiker haben am "Center for Functional Nanostructures" (CFN) am Institut in der Arbeitsgruppe von Professor Martin Wegener fast ein Jahr daran gearbeitet, die Struktur der "Karlsruher Tarnkappe" so zu verfeinern, dass sie auch in einem für den Menschen sichtbaren Bereich des Lichts wirkt.

Das Prinzip der Tarnkappen funktioniert, indem Lichtwellen von bzw. in einem Material derart gelenkt werden, dass sie die "Tarnkappe" wieder verlassen, als ob sie nie mit dem zu tarnenden Objekt in Berührung gekommen wären. Das Objekt ist somit für den Betrachter unsichtbar. Die exotischen optischen Eigenschaften des Tarnmaterials werden mit komplexen mathematischen Werkzeugen berechnet, die denen der Einsteinschen Relativitätstheorie ähneln.

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Die Struktur des Tarnkappenmaterials muss dabei kleiner als die Wellenlänge des Lichts sein, das abgelenkt werden soll. So könne beispielsweise für die relativ großen Rundfunk- oder Radarwellen ein Material verwendet werden, "das fast mit der Nagelschere produziert werden kann“, so Wegener. Bei Wellenlängen, die für das menschliche Auge sichtbar sind, müssen dagegen Materialien mit Strukturierung im Nanometerbereich hergestellt werden.

"Die winzige Tarnkappe, die Fischer und Ergin nun erzeugt haben, ist kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares", berichtet die Pressemitteilung. "Sie lässt eine Wölbung in einem Metallspiegel flach erscheinen und dadurch ein darunter verstecktes Objekt unsichtbar werden. Das Metamaterial, das über diese Wölbung gelegt wird, sieht wie ein Holzstapel aus, besteht jedoch aus Kunststoff und Luft. Die 'Holzscheite' verfügen über präzise festgelegte Stärken im Bereich von 100 Nanometern. Durch sie werden Lichtwellen, die die Wölbung normalerweise ablenkt, so beeinflusst und geführt, dass das reflektierte Licht dem eines flachen Spiegels entspricht." Könnte der Strukturierungsabstand des roten Tarnmantels erneut halbiert werden, so würde die Tarnkappe das ganze sichtbare Lichtspektrum abdecken.

Die KIT-Wissenschaftler verbesserten eine bereits im vergangenen Jahr erstmals vorgestellte 3D-Tarnkappentechnik mit Methoden aus der Mikroskopie, welche dort zu fundamentalen Auflösungsverbesserungen geführt hatten und konnten somit die erste 3D-Tarnkappe für unpolarisiertes sichtbares Licht im Bereich von 700 Nanometern zu realisieren. Dies entspricht der Farbe rot.

"Die nun entwickelte Tarnkappe ist ein attraktives Demonstrationsobjekt für die fantastischen Möglichkeiten, welche das recht neue Gebiet der Transformationsoptik und ihrer Metamaterialien offeriert. In den vergangenen Jahren haben sich hier Gestaltungsspielräume eröffnet, die lange für nicht möglich gehalten wurden", so Ergin. "Wir erwarten dramatische Verbesserungen in den lichtbasierten Technologien, wie Linsen, Solarzellen, Mikroskopen, Objektiven, der Chip-Herstellung und der Datenkommunikation."

Quellen: grenzwissenschaft-aktuell.de / kit.edu
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