"Tarnkappe" für US-Atlantikküste simuliert

4. August 2009, 09:50
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Metamaterialien und Transformationsoptik leiten Licht um Ecken

Physiker am Boston College haben einen neuen Ansatz entwickelt, um Lichtstrahlen mithilfe sogenannter Metamaterialien noch präziser als bisher steuern zu können. Die Methode baut dabei auf der bisherigen Forschung zu Tarnkappen auf, doch können mit der Neuentwicklung elektromagnetische Wellen beispielsweise um Gebäudeecken geleitet werden und verhalten sich dabei dennoch so, als würden sie sich in gerader Linie ausbreiten. "Wir zeigen, dass unsere Strukturen Licht in einer noch nie da gewesenen Frequenzspanne in praktisch beliebiger Weise leiten können", so Assistenzprofessor Willie J. Padilla und sein Kollege Nathan Landy. In einer Simulation ist es den Forschern sogar gelungen, mit ihrem Ansatz einen Lichtstrahl über eine gewaltige Strecke unter anderem entlang der US-Atlantikküste zu leiten, berichten sie in einer demnächst erscheinenden Ausgabe der Fachzeitschrift Optics Express.

Metameterialien

Metamaterialien sind künstlich hergestellte Kompositmaterialien, die in der Natur nicht vorkommende Eigenschaften wie einen negativen Brechungsindex haben können. Sie bilden einen Schwerpunkt der Tarnkappen-Forschung, etwa mit speziellen Algorithmen zur Herstellung solcher Materialien. Ein zweiter Ansatz der wissenschaftlichen Arbeit ist die Transformationsoptik, die praktisch die Betrachtungsweise des Raums verändert. Das Boston-College-Team berichtet nun, dass sie durch eine neue Art, den Raum abzubilden, Licht präzise und effizient auf Bahnen leiten können, die dafür bislang zu komplex waren - etwa 90-Grad-Winkel oder Küstenlinien. In der Simulation kann ein Lichtstrahl so dem Verlauf des Randes der US-Landfläche folgen - von Michigan über Maine, entlang der Atlantikküste, um Florida herum bis nach Louisiana. "Unsere Methode kombiniert die neuartigen Effekte der Transformationsoptik mit der praktischen Anwendbarkeit eines dielektrischen Aufbaus", so die Forscher. Denn ihr Gerät wird mit relativ häufigen nichtleitenden Materialien wie dielektrischem Silizium konstruiert.

Nur erster Schritt

"Diese Arbeit klingt in der Tat sehr spannend", sagt Karl Unterrainer, Professor am Institut für Photonik der Technischen Universität Wien. Er betont jedoch, dass selbst derart beeindruckende Simulationsergebnisse wie am Boston College nur ein erster Schritt sind. "Es ist klar, dass man mit 'idealen' Metamaterialien Licht ums Eck lenken und nahezu verlustfrei führen kann", so der Wissenschaftler. Die Forschung an Tarnkappen macht mit beeindruckenden theoretischen Arbeiten zwar wichtige Fortschritte. "Die experimentelle Demonstration ist aber eine größere Herausforderung, die noch sehr viele Schwierigkeiten zu meistern hat", betont Unterrainer abschließend. (pte)

  • Simulation: Licht umrundet die US-Ostküste wie in gerader Linie
    foto: optics express

    Simulation: Licht umrundet die US-Ostküste wie in gerader Linie

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