Dreidimensionale optische Metamaterialien hergestellt

Chemie
03.12.07   von  
Metamaterialien haben vor wenigen Jahren die Welt der Optik revolutioniert. Es handelt sich dabei um Nanostrukturen, meistens aus Gold oder Silber, die in Glas eingebettet werden. Forschern der Uni Stuttgart um Harald Gießen ist es jetzt gelungen, die ersten <a href=http://dx.doi.org/10.1038/nmat2072>3D-Metamaterialien</a> für den optischen Wellenlängenbereich herzustellen. <% image name="3D_Metamaterial" %><p> <small> Schematische Darstellung eines 3D-Metamaterials. &copy; Uni Stuttgart, Noack/MPI </small> <small> Hält man einen Stock in einen Teich, sieht er aus, als wäre er unter Wasser abgeknickt. Der Grund dafür ist der Brechungsindex des Wassers, der höher ist als der für Luft. Nach diesem Prinzip funktionieren auch Glaslinsen, aus denen man Brillen, Teleskope und Objektive für Kameras und Mikroskope bauen kann. Im 20. Jahrhundert wurden die Möglichkeiten der Optik in diesem Bereich bis an die Grenzen ausgereizt. Vor 3 Jahren jedoch katapultierte die Entwicklung der ersten Metamaterialien die Optik in neue Dimensionen. </small> Metamaterialien: Die oft nur wenige Dutzend Nanometer großen Strukturen führen dazu, dass die Lichtwelle über die Strukturen und die Zwischenräume mittelt und sich die Nanostruktur wie ein neues, künstliches Material verhält. Dies hat es Physikern erlaubt, erstmals Materialien herzustellen, die einen <u>Brechungsindex</u> haben, <u>der kleiner als Null ist</u>. Hätte man eine Metamaterial-Flüssigkeit mit einem negativen Brechungsindex, so würde der oben beschriebene Stock nicht nur abknicken, sondern sogar gleichzeitig gespiegelt werden. Metamaterialien nutzen das physikalische Phänomen, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist - seit 2004 lassen sich diese magnetischen Eigenschaften des Lichts verändern. In den Metamaterialien werden nun die Nanostrukturen wie kleine Schwingkreise angeordnet, die aus Spulen und Kondensatoren bestehen. Ein solcher Schwingkreis hat etwa die Form eines "U". Kombiniert man nun elektrische und magnetische Eigenschaften des Materials geschickt, so ergibt sich ein negativer Brechungsindex. Zunächst konnten allerdings nur relativ simple Schichten aus kleinen Metallstrukturen hergestellt worden. Linsen aus Metamaterialien mit negativem Brechungsindex erfordern jedoch Volumenmaterialien. Jetzt ist es im Nanostrukturlabor der Uni Stuttgart gelungen, die ersten 3D-Metamaterialien für den optischen Wellenlängenbereich herzustellen. Die Stuttgarter Methode ist geeignet, beliebig dicke und akkurat angeordnete Schichtstapel herzustellen. Welche Anwendungen sich aus den neuen Metamaterialien ergeben, ist noch nicht vollständig abzusehen. Vorhergesagt werden perfekte Linsen, die noch bessere Mikroskope erlauben und das Abbe'sche Beugungslimit durchbrechen. Sogar optische Tarnkappen, die ganze Gegenstände unsichtbar machen, sollen möglich werden. Dreidimensionale optische Metamaterialien hergestellt