Tarnkappe für sichtbares Licht rückt rasch näher

Immer öfter berichten Physiker über neue Erfolge mit potenziellen Tarnkappen-Werkstoffe. Konnten zum Jahreswechsel deutsche Wissenschaftler rotes Licht mit einem so genannten Metamaterial quasi in die falsche Richtung ablenken, gelang nun amerikanischen Forschern der gleich Effekt im blauen und grünen Spektralbereich.

Karlsruhe/Pasadena (USA) - Mit diesen Ergebnissen rücken auch flache und extrem leistungsfähige Superlinsen näher, welche Lichtwellen enger bündeln und damit das Auflösungsvermögen von Lichtmikroskopen erhöhen könnten. Über die neuesten Fortschritte für sichtbares Licht berichtet die Zeitschrift "Science".

Kein natürliches Material bietet diese besondere Lichtbrechung. Daher griffen Henri Lezec und seine Kollegen vom California Institute of Technology in Pasadena zu nanostrukturierten Wellenleitern. "Mit diesen Resultaten können praktische Negativ-Index-Systeme im sichtbaren Spektralbereich entwickelt werden", berichten sie. Lezec stapelte für seinen speziellen Lichtwellenleiter insgesamt drei Schichten aus Gold und Siliziumnitrid übereinander. Durch die geschickte Anordnung der nanostrukturierten Lagen konnte einfallendes Licht mit Wellenlängen von 685 (grün) und 514 (blau) Nanometern beim Übergang ins Metamaterial quasi in die falsche Richtung gebrochen werden. Verantwortlich dafür machen die Forscher das Verhalten von Oberflächenschwingungen an den Grenzflächen zwischen Gold und Siliziumnitrid.

Die Karlsruher Forscher dagegen bauten ihr Metamaterial, das für rotes Licht einen negativen Brechungsindex aufweist, aus feinsten regelmäßigen Strukturen in mehreren Lagen aus Silber und Magnesiumfluorid auf. Dabei ordneten sie viele nur etwa 100 millionstel Millimeter kleine Löcher in diese Schichten, die auf einem Glasträger deponiert wurden. Das Ergebnis: Rotes Licht mit der Wellenlänge von 780 Nanometern wurde von diesem Metamaterial mit einem Brechungsindex von –0,6 quasi in die "falsche" Richtung abgelenkt.

Auch wenn mit diesen Ergebnissen nun prinzipiell Tarnkappen für rotes, grünes und blaues Licht möglich wären, haben die Forscher andere Anwendungen im Blick. Superflache Linsen aus diesem Material könnten das Auflösungsvermögen von optischen Mikroskopen deutlich erhöhen. "Mit einer solchen Linse lassen sich Details erkennen, die viel kleiner sind als die Lichtwellenlänge", sagt Costas Soukoulis von der Iowa State University, der an den Karlsruhe Arbeiten beteiligt war . Bildgebungsverfahren für Werkstoffe und biomedizinische Anwendungen könnten so enorm verbessert werden. In weiteren Schritten müssen nun die optischen Eigenschaften dieser neuen Metamaterialien verbessert und geeignete Produktionsprozesse entwickelt werden. Nanostempel oder holografische Lithografie könnten hier hilfreich sein.