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Elektrodynamik: Eine Tarnkappe für Magnetfelder

Tarnvorrichtung für Magnetfelder

Inzwischen sind die Ansätze für Tarnkappen vielfältig. Es gibt sie für zwei- und dreidimensionale Objekte, für sichtbares Licht oder für Schallwellen, und sogar für die Zeit. Ein Team um Fedor Gömöry von der Slowakischen Akademie der Wissenschaften erweitert nun das Spektrum um statische Magnetfelder, wie sie beispielsweise Permanentmagneten oder eine mit Gleichstrom durchflossene Spule umgeben. Dabei lieferten sie nicht nur die Theorie, sondern auch gleich den experimentellen Beweis.

Bei der neu entwickelten Tarnkappe handelt es sich idealerweise um einen unendlich langen Zylinder, aufgebaut aus zwei konzentrischen Schichten: die innere aus einem supraleitenden, die äußere aus einem ferromagnetischen Material. Beide Komponenten haben nun einen gegensätzlichen Effekt auf ein äußeres Magnetfeld: Der Supraleier verdrängt die magnetischen Feldlinien aus seinem Innern, stößt sie gewissermaßen ab, während das ferromagnetische Material die magnetischen Feldlinien förmlich anzieht. Durch diese Kombination lenkt ein entsprechender Zylinder das Magnetfeld um sich herum, ohne es dabei zu stören. Ein Gegenstand darin wäre somit magnetisch nicht nachweisbar.

Unterschiedliche Wirkung auf Magnetfeldlinien | Ein Ferromagnet zieht magnetische Feldlinien an sich (links), der Supraleiter stößt Magnetfeldlinien ab (Mitte) und eine Doppelschicht aus ferromagnetischem und supraleitendem Material lenkt das Magnetfeld um sich herum, ohne es dabei zu stören (rechts). Ein Objekt innerhalb eines solchen Zylinders wäre magnetisch nicht nachweisbar.

Mit Hilfe der Maxwell-Gleichungen, mit denen sich elektrische und magnetische Felder beschreiben lassen, berechneten Gömöry und seine Kollegen, wie dick die Schichten relativ zueinander sein müssen und welche magnetischen Eigenschaften die Materialien im Detail besitzen müssen, um den gewünschten Tarneffekt zu erreichen. Für den Praxistest entschied sich das Team für einen zwölf Millimeter langen Zylinder mit einem inneren Durchmesser von zwölfeinhalb Millimetern. Die Schichten wickelten sie aus mehreren dünnen Lagen eines Hochtemperatursupraleiters sowie einer handelsüblichen Legierung aus Eisen, Nickel und Chrom. Anschließend testeten die Forscher ihren Tarnzylinder unter verschiedenen Bedingungen, etwa unterhalb und oberhalb der Sprungtemperatur des verbauten Supraleiters. Obwohl der Zylinder relativ zu seinem Durchmesser sehr kurz ausfällt, berichten die Wissenschaftler, lassen sich damit gute Tarnergebnisse erzielen.

Im Gegensatz zu optischen und akustischen Tarnkappen ließe sich der magnetische Tarnzylinder beliebig skalieren. Das liegt vor allem daran, dass statische Magnetfelder deutlich einfacher zu kontrollieren sind als elektromagnetische Wellen, bei denen magnetische und elektrische Felder miteinander wechselwirken. Geht es nach Gömöry und seinem Team, könnte ihre Idee sofort zur technischen Anwendung kommen. Denn die Tarnkappe bestehe nicht nur aus handelsüblichen Materialien, sie funktioniere auch bei relativ starken Magnetfeldern – im Versuch waren es 40 Millitesla – sowie bei Temperaturen, die sich mit flüssigem Stickstoff erreichen lassen.

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  • Quellen
Science 335, S. 1466–1468, 2012

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