Zwei US-Forscherteams haben einen weiteren Schritt hin zur Entwicklung einer Tarnkappe geschafft: Sie haben Materialien entwickelt, die sichtbares Licht so brechen, dass es in allen drei Dimensionen um einen Körper herumgeführt werden kann. Mit diesem Prinzip könnte in Zukunft vielleicht ein optisches Tarnsystem entwickelt werden, das Flugzeuge, Schiffe oder auch Menschen unsichtbar macht. Bisher funktionierten solche sogenannten Metamaterialien nur in zwei Dimensionen und in nicht sichtbaren Bereichen des elektromagnetischen Spektrums.
Ein Objekt wird dann unsichtbar, wenn es an seiner Oberfläche keine Streuung des Lichts gibt und sich das Licht hinter dem Körper so weiterbewegt wie davor. Daher suchen Forscher nach Materialien, mit denen sich dieses Prinzip vielleicht einmal in der Praxis umsetzen ließe. Die Materialien für eine solche Tarnkappe müssten einen negativen Brechungsindex aufweisen, wie Physiker sagen: Ein schräg auf eine Oberfläche einfallender Lichtstrahl wird dabei nicht einfach leicht zum Einfallslot hin gebrochen wie beispielsweise bei einer Glaslinse, sondern er wird über die Lotrechte hinaus so abgelenkt, dass er sich sowohl beim Einfall als auch beim Ausfall auf der gleichen Seite des Lots befindet.
Die Herstellung von Materialien mit negativem Brechungsindex im sichtbaren Bereich des Lichts war Forschern erstmals vor etwa zwei Jahren gelungen. Diese Metamaterialien funktionierten jedoch nur in zwei Dimensionen. Bei den von den Forschern um Xiang Zhang vorgestellten Materialien lässt sich hingegen ein negativer Brechungsindex in drei Dimensionen und über einen breiten Bereich des Lichtspektrums nachweisen. Das von der ersten Arbeitsgruppe entwickelte Material besteht aus einem Wald dicht nebeneinanderstehender Nanodrähte aus Silber, die in ein Gerüst aus Aluminium eingebettet sind. Das von der zweiten Arbeitsgruppe vorgestellte Material setzt sich hingegen aus einem feinen Netz aus insgesamt 21 übereinandergeschichteten Lagen aus Silber und einer Magnesiumverbindung zusammen.
Die Forscher sehen für beide Materialien zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in der Optik. Dabei denken sie nicht nur an die Entwicklung von Tarnkappen, sondern auch an die Messtechnik, den Einsatz in optischen Geräten im Nanomaßstab oder die Verwendung bei der Kommunikation über Lichtwellen.
Xiang Zhang (Universität von Kalifornien, Berkeley) et al.: Nature, Online-Vorabveröffentlichung, DOI: 10.1038/nature07247 und Science, Bd. 321, S. 930 ddp/wissenschaft.de ? Ulrich Dewald
