Unsichtbar machende Materialien sind theoretisch möglich

11. August 2015, 10:42
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Wiener Physiker sind sich nach entsprechenden Berechnungen sicher

Wien – Theoretisch ist es möglich, strukturierte Materialien herzustellen, die Licht völlig ablenkungsfrei passieren lassen. Das konnten Wiener Physiker erstmals in Berechnungen zeigen. Bis zur technischen Umsetzung sei zwar noch viel zu tun, solche Materialien wären dann aber von einer Seite "unsichtbar", wie Stefan Rotter von der Technischen Universität (TU) Wien erklärte.

Hintergrund

"Wenn eine Lichtwelle auf ein Hindernis trifft, wird sie gewöhnlich gestreut, also zurückreflektiert und abgelenkt. Es entsteht Interferenz, und dieses entsprechende Interferenzmuster führt dazu, dass die Welle eine relativ komplizierte Form annimmt. An manchen Stellen ist es dann heller und an anderen dunkler", so der Forscher vom Institut für Theoretische Physik der TU.

Das Wiener Forschungsteam und Kollegen aus den USA dachten nun darüber nach, ob eine solche Streuung unterdrückt werden kann, "wenn man in das Material auf geschickte Weise Verstärkung und Verlust einbaut – und zwar genau so, dass die Welle in das Objekt eindringt und darin überall die gleiche Intensität hat".

Neue Studie

Die Physiker haben nun ein mathematisches Konzept dafür entwickelt, wie ein Material beschaffen sein muss, um die Interferenz völlig auszuschalten und berichteten darüber im Fachjournal "Nature Communications". "Für die Welle ist das Material in gewissem Sinn unsichtbar, obwohl sie es durchdringt und mit ihm stark wechselwirkt", so Konstantinos Makris in einer Aussendung der Uni.

"Interessant ist, dass man solche 'Wellen mit konstanter Intensität' überhaupt erzeugen kann", erklärte Rotter. Durch diese ungewöhnlichen Eigenschaften könnten sich diese neuartigen Lösungen der Wellengleichung des Lichts technisch nutzen lassen.

"Die Lichtwelle wird nicht außen herumgelenkt, sondern sie durchdringt das Material. Aber der Effekt, den das Material auf die Intensität der Welle hat, wird durch ein genau justiertes Wechselspiel aus Verlust und Verstärkung ausgeglichen", erklärt Rotter. Am Ende ist die Welle überall im Raum genauso hell, wie sie ohne das Objekt gewesen wäre.

Rege Forschungstätigkeit

Es gebe bereits Ansätze, wie so ein Material hergestellt werden könnte. Versuche in dieser Richtung beschränken sich aber bisher auf das Labor, der Aufwand sei noch sehr hoch. In dem Forschungsgebiet tue sich momentan aber einiges, wie Rotter erklärte.

Auch die Entwicklung sogenannter "Metamaterialien" habe viele Jahre gedauert. Diese speziell strukturierten Materialien lenken Licht auf ungewöhnliche Weise ab und können es in bestimmten Fällen um ein Objekt herum führen. Wie bei einem Tarnumhang können Dinge so unsichtbar gemacht werden.

Angesichts dieser Fortschritte zeigte sich Rotter optimistisch, dass auch die neue Idee nun vermehrt aufgegriffen wird. Könnten doch so Strukturen, die bisher das Licht stark beeinflusst haben, dieses nun sogar unverändert durchlassen. So lasse sich "ein Tarnmantel erzeugen, der die Lichtwelle durch das Objekt durchschleust", mit dem Effekt, dass eine solche Struktur von der Seite, an der das Licht wieder austritt, nicht zu sehen wäre. (APA, 10. 8. 2015)

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