Forscher der US-amerikanischen Purdue-Universität haben ein Material entwickelt, das einen negativen Brechungsindex in unmittelbarer Nähe des sichtbaren Bereichs des Spektrums besitzt. Es kann daher Infrarotwellen einer Wellenlänge von ungefähr einem Mikrometer in die falsche Richtung brechen. Derartige Materialien eignen sich beispielsweise für die Herstellung von Superlinsen, die Objekte mit unerreichter Auflösung über mikroskopische Distanzen hinweg abbilden können.
Das von Vladimir Shalaev und seinen Forscherkollegen entwickelte Material besteht aus vielen Tausend Goldstäbchen, die in einem regelmäßigen Gitter auf einer Glasplatte angeordnet sind. Die Stäbchen selbst sind etwa 750 Nanometer lang und 170 Nanometer breit. Um auf diese Weise ein Material mit einem negativen Brechungsindex herzustellen, mussten die Forscher allerdings zu einem weiteren Trick greifen.
Der Brechungsindex eines Materials kann nämlich nur in einem kurzen Spektralbereich in der Umgebung einer Resonanz negativ werden ? und zwar genau dann, wenn diese Resonanz sowohl für elektrische als auch magnetische Felder auftritt. Um dies zu ermöglichen, benutzten die Forscher keine Stäbchen aus purem Gold, sondern aus einer vertikalen Gold-Glas-Gold Schichtanordnung. Jeder einzelne der drei Filme war dabei nur jeweils 50 Nanometer dick (siehe Bild).
Die beiden vertikal übereinander angeordneten Goldstäbchen bildeten somit quasi die Platten eines kleinen Kondensators, was zu der Ausbildung einer elektrischen Resonanz für bestimmte Wellenlängen führte. Da zusätzlich Magnetfelder einen Strom in den Stäbchen induzieren konnten, bildeten sich auch magnetische Resonanzen aus. Für eine Wellenlänge von ungefähr einem Mikrometer fielen diese beiden Resonanzen zusammen.
Um nachzuweisen, dass ihr Gitter dadurch tatsächlich einen negativen Brechungsindex aufwies, untersuchten die Forscher die Reflexion von Infrarotwellen sowohl in Computersimulationen als auch in Experimenten. Dies bestätigte tatsächlich, dass ihnen die erste Herstellung eines Stoffes mit einem negativen Brechungsindex in der Nähe des sichtbaren Bereichs des Spektrums gelungen war, berichten sie in einer Online-Vorabveröffentlichung.
Stefan Maier
