Bostoner Wissenschafter legen theoretische Basis bei Metamaterialien und Transformationsoptik
Chestnut Hill - Die Entwicklung leistungsfähiger Tarnkappen im sichtbaren Lichtspektrum macht in einigen Bereichen beeindruckende Fortschritte. Auf der Basis vorangegangener Ergebnisse auf den Gebieten der Material- und Optik-Forschung haben Physiker am Boston College Gebiet nun in theoretischer Hinsicht einen neuen Weg eingeschlagen: Es gelang ihnen damit Lichtstrahlen mithilfe sogenannter Metamaterialien noch präziser als bisher zu steuern. Zumindest in der Simulation ließe sich damit die US-Atlantikküste gleichsam verschwinden lassen.
Die Methode baut auf der bisherigen Forschung zu Tarnkappen auf, doch können mit der Neuentwicklung elektromagnetische Wellen beispielsweise um Gebäudeecken geleitet werden. Die Wellen verhalten sich dabei dennoch so, als würden sie sich in gerader Linie ausbreiten.
Transformationsoptik
Metamaterialien sind 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.
"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.
Das Wissenschafter vom Boston Colleg erklärten, 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. (red/pte)
