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Nanotechnologie

Tarnmantel lässt Goldklümpchen verschwinden

Tarnmantel
Karlsruher Forscher haben einen winzigen Tarnmantel entwickelt, der Objekte unsichtbar macht. Waren bislang nur die Materialien und die Theorie bekannt, mit denen man Sachen verschwinden lassen könnte, so haben die deutschen Wissenschaftler nun zum ersten Mal Erfolg gehabt mit einem dreidimensionalen Modell. "Wir können jetzt ein dreidimensionales Objekt verstecken, indem wir es unter einem 'spiegelnden Teppich' platzieren und den entstehenden Hubbel unsichtbar machen", sagte Nicolas Stenger, einer der am Projekt beteiligten Wissenschaftler vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

Tarnmantel
Tarnmantel | Die holzstapelartige Nanostruktur unterdrückt die Lichtstreuung und sorgt dafür, dass die Delle im Goldteppich nicht sichtbar ist.
In einjähriger Forschung hatte das Team um den Physiker Martin Wegener die Tarnkappe entwickelt, die aus Polymerstäben im Abstand von einigen hundert Nanometern besteht: Die Struktur lässt den Spiegel-Teppich wieder flach erscheinen. Für den Bau einer Tarnkappe sind so genannte Metamaterialien notwendig, mit deren Hilfe die Lichtwellen in ihrer Ausbreitung beeinflusst und auf neue Bahnen gelenkt werden können. In der Natur kommen diese Materialien nicht vor, sie lassen sich aber künstlich herstellen.

Die elektrischen und magnetischen Eigenschaften von Metamaterialien lassen sich dem jeweiligen Zweck entsprechend maßschneidern. "Die Theorie der Transformationsoptik gibt hierbei die benötigten Parameter vor – im Fall der Teppich-Tarnkappe ein sich räumlich ändernder Brechungsindex", so Stengers Kollege Tolga Ergin.

Bereits vor vier Jahren hatten Wissenschaftler aus den USA und England ein erstes Unsichtbarkeitskonstrukt vorgestellt: Sie hatten einen zwölf Zentimeter messenden Ring aus mehreren Lagen Kupferdraht und Glasfaserfolien konstruiert, der auftreffende Mikrowellenstrahlung nicht reflektierte, sondern um sich herumführte.

Die Technologie funktionierte allerdings nur zweidimensional und weitab von optischen Wellenlängen – was gleichzeitig bedeutet, dass die Tarnkappe aus der dritten Dimension heraus betrachtet sofort ihre Wirkung einbüßt. "Wir hatten in Karlsruhe die technischen Möglichkeiten, die Theorie in drei Dimensionen umzusetzen und eine frei stehende Struktur zu erzeugen", so Stenger.

An eine schnelle Nutzung der "Tarnkappen" etwa in der Rüstungsindustrie haben die Wissenschaftler kein Interesse. "Es wäre derzeit sowieso völlig unmöglich, einen Menschen oder einen Panzer unter solch einem Umhang zu verstecken", erläutert Stenger. Allein der Aufbau des Karlsruher Tarnmantels im Maßstab von einem hundert Millionstel Meter koste mehrere Stunden Zeit – und das Verfahren zu skalieren, ist nicht so ohne Weiteres möglich.

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  • Quellen
Ergin, T. et al.: Three-Dimensional Invisibility Cloak at Optical Wavelengths. In: Science 10.1126/science.1186351, 2010.

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