Karlsruher Forscher haben erstmals eine dreidimensionale optische Tarnkappe entwickelt. Sie basiert auf sogenannten Metamaterialien, die im Querschnitt wie ein Holzstapel aussehen. Durch die spezielle Anordnung der “Holzstücke” in diesem Stapel gelingt es den Forschern um Tolga Ergin vom Karlsruhe Institut für Technologie (KIT), ein Objekt mit Abmaßen von wenigen Mikrometern zu verbergen. Die Tarnkappe arbeitet noch nicht im für das menschliche Auge sichtbaren Bereich des Lichts, sondern bei Infrarotstrahlen von 1,4 bis 2,7 Mikrometern. Mit besseren Herstellungsverfahren für das Metamaterial könnte aber auch diese Grenze fallen: “Wir sind nicht weit vom sichtbaren Licht entfernt”, sagt Forscherkollege Nicolas Stenger vom KIT.
Die bislang bekannten Tarnkappen aus den Forschungslabors arbeiteten nur in einer Ebene und meist nur für Mikrowellen. Betrachtete man das Objekt von einer Position aus dieser Ebene heraus, war der Tarnkappeneffekt verschwunden. Den Forschern um Ergin ist es nun gelungen, nicht nur ein dreidimensionales Objekt zu verbergen, sondern dieses auch unter Betrachtungswinkeln von bis zu 60 Winkelgrad verborgen zu halten.
Auf einem Glassubstrat brachten sie in regelmäßigen Abständen liegende Säulen aus einem Polymer auf. Von der angeschnittenen Seite sieht dies wie ein Holzstapel aus. Die ganze Anordnung deckten die Wissenschaftler mit einer Goldschicht oben ab. Ein Lichtstrahl durchdringt nun das untenliegende Glas, dann den Holzstapel aus Polymerstücken und wird von der Goldschicht zurückreflektiert. Befindet sich in der Goldschicht eine markante Delle, so ändert sich an dieser Stelle die Intensität des zurückreflektierten Lichts deutlich.
Durch eine gezielte Modifikation des Holzstapels unterhalb dieser Delle, konnten die Forscher dieses Objekt – nämlich die Delle – unsichtbar machen. “Wir haben lokal den Brechungsindex des Materials geändert”, erklärt Nicolas Stenger. In der Nähe der Delle machten die Forscher die Polymerbalken beispielsweise immer dicker bis sie genau unterhalb sogar verschmolzen. Das beeinflusst die Lichtwellen, die das gewölbte Objekt normalerweise seitlich wegreflektieren würde, und lenkt sie so um, dass ein gleichförmiges Lichtsignal registriert wird.
Tarnkappen im sichtbaren Bereich sind in greifbarer Nähe. Dazu müssten die Forscher die Abstände im Holzstapel noch verringern, von derzeit rund 800 Nanometer auf 400 Nanometer. Das direktes Laserschreiben genannte Verfahren ist aber noch nicht so genau. “Wir haben aber Ideen”, sagt Stenger. Auch ganze Menschen könnte man mit dem Verfahren hinter Tarnkappe oder Tarnmantel verschwinden lassen, heißt es in einer Mitteilung des KIT. Allerdings würde die Herstellung extrem lange dauern. Die rund 30 Mikrometer lange Holzstapelstrukur benötigt drei Bearbeitungsstunden durch den Laser. Ein Tarnmantel für den Menschen dauerte Jahrmilliarden, schmunzelt Stenger.
Weitere Informationen: Arbeitsgruppe von Tolga Ergin, Nicolas Stenger und Martin WegenerMitteilung des KIT Tolga Ergin et al.: Science, Science DOI: 10.1126/science.1186351 Martin Schäfer (unterstützt durch das Kompetenznetz Optische Technologien in Baden-Württemberg, Photonics BW)
