"Unsichtbare Tinte": nicht nur für Kinder interessant
In der Optik setzt man auf die Manipulation elektromagnetischer (EM) Strahlung, des Lichts bei verschiedenen Frequenzen und Wellenlängen. In den letzten Jahren hat die Entwicklung der Metamaterialien eine neue Klasse künstlich strukturierter Verbundwerkstoffe mit unvorhergesehenen elektromagnetischen Eigenschaften nach sich gezogen. Diese Eigenschaften treten größtenteils aufgrund erzeugter Inhomogenitäten in Größenordnungen hervor, die sehr viel kleiner als die interessierende Wellenlänge, typischerweise Nanometer für den Bereich des sichtbaren Lichts, sind. Derartige Strukturen resultieren in Resonanz, einer synchronen Schwingung bei der Eigenfrequenz eines Materials, die Schwingungen großer Amplitude verursacht. Wissenschaftler leiteten das EU-geförderte Projekt Nanogold ("Self-organized nanomaterials for tailored optical and electrical properties") in die Wege, um Materialien mit hohen Chancen auf die Erzeugung eines effektiven negativen Brechungsindex zu entwickeln. Die Forscher ermittelten problemlos verfügbare Metallnanopartikel, die zur Selbstorganisation zu Metaatomen mit gut definierter Geometrie geeignet sind, um ein Kompositmaterial zu bilden. Die Nanopartikel wurden den zur Selbstorganisation fähigen Flüssigkristallmolekülen hinzugefügt. Die Struktur wurde unter Einsatz externer Quellen wie Temperatur, elektrisches Feld oder Licht zur Erzeugung einer kollektiven Resonanz der Nanoeinschlüsse gesteuert. Die Wissenschaftler entwickelten im Folgenden Kristallographiemethoden mit geringer Auflösung, um die Nanostrukturen der selbstorganisierten Metamaterialien zu bestimmen. Nanogold entwickelte unter Verwendung eines Bottom-up-Ansatzes für die Fertigung von Metamaterialien ein Material für ein bildgebendes Bauelement, das in der Auflösung alle herkömmlichen Mikroskope um mehrere Größenordnungen übertrifft. Die Forscher erdachten außerdem Materialien, die Objekte vor einem externen Beobachter verbergen, sowie auch weitere, die Licht in einem breiten Spektralbereich vollständig absorbieren können. Bei letztgenanntem Material wurde das absorbierte Licht in Wärme umgewandelt, die bei im Nanobereich angesiedelten katalytischen oder thermo-photovoltaischen Anwendungen zum Einsatz kommen könnten. Alle diese Fortschritte konnten unter Verwendung einer Tinte erzielt werden, die auf einfache und kostengünstige Weise in großen Mengen hergestellt zur Abscheidung auf beliebigen Objekte geeignet ist. Langfristig wird mit Materialien, die bei Raumtemperatur verarbeitet werden können, eine Fertigung unter Ausnutzung der etablierten Kunststoffverarbeitungskette einschließlich Spritzgießen und Heißprägen möglich sein. Die Wissenschaftler wendeten zur Abstimmung der elektromagnetischen Eigenschaften Resonanz und Interferenz über periodische Strukturen im Nanobereich an und konnten auf diese Weise kompakte optische Metamaterialien bereitstellen, die in für innovative Photonikanwendungen geeigneten spektralen Bereichen funktionieren. "The building blocks of metamaterials" kann auf der Projektwebsite unter http://nanogold.epfl.ch heruntergeladen werden.
