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Jetzt sieht man's, jetzt sieht man's nicht! Die Tarnkappe könnte zur Realität werden

Die Photonik ist ein rasch wachsendes Fachgebiet, in dem einige Ideen aus der Science-Fiction aus nicht allzu ferner Vergangenheit Gestalt annehmen. Jetzt trägt EU-finanzierte Forschung dazu bei, die Tarnkappe zur Realität werden zu lassen, indem Licht mit mikroskopischen Strukturen gebeugt wird.
Jetzt sieht man's, jetzt sieht man's nicht! Die Tarnkappe könnte zur Realität werden
Optische Geräte erfahren derzeit einen Wandel: Sie werden kleiner, werden effektiver genutzt, und Fortschritte werden für den Massenmarkt zunehmend zugänglich. Während in der traditionelle Optik in Zentimetern gerechnet wird, kommen bei den neuesten Innovationen nanoskalige Objekte zum Einsatz, um Licht zu steuern, zu führen und zu bündeln.

Unsere Fähigkeit, metallische und dielektrische Materialien zu formen, führte zum Fachgebiet der Nanophotonik. 3D-Metamaterialien tragen zur Entwicklung von hochauflösenden Objektiven und Tarngeräten bei, sind jedoch auch mit Nachteilen verbunden. Sie können Licht, das in für das bloße Auge sichtbaren Wellenlängen auftritt, nur schwer beugen; sie absorbieren Licht und erzeugen somit Schatten; sie können kaum von einer Person transportiert werden; und sie sind schwer herzustellen.

Jetzt trägt EU-finanzierte Forschung dazu bei, ein neues Instrument zu erschaffen: 2D-Objektive, die mit Galliumnitrid beschichtet sind, das unter LED-Licht blau leuchtet. Diese Linsen werden im FLATLIGHT-Projekt als „Metaoberflächen“ bezeichnet. In einer kürzlich veröffentlichten wissenschaftlichen Arbeit wird beschrieben, dass Metaoberflächen im Vergleich zu herkömmlichen optischen Objekten dünn und leicht, verglichen mit dreidimensionalen Metamaterialien jedoch einfacher herzustellen sind.

Das Galliumnitrid wird in Säulen eingeritzt, die klein genug sind, um sie durchströmende Lichtwellen zu verzögern. Da die Forscher des Projekts untersuchten, wie unterschiedlich geformte Säulen das Licht jeweils verzerren, können sie jetzt Objektive konzipieren, die Licht in eine beliebige Richtung zwingen, indem sie es je nach Bedarf seitwärts oder rückwärts leiten. Neben einem leichteren Produktionsprozess und besserer Tragbarkeit führt diese Anpassungsfähigkeit zu vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten.

Obwohl der Prozess noch weiterentwickelt wird, zieht das geringe Gewicht der Technologie bereits Aufmerksamkeit auf sich. In der Raumfahrt spielen Gewichtsbeschränkungen eine entscheidende Rolle, und die Gaia-Raumsonde nutzt bei ihrem Versuch, Licht zu spalten und die Zusammensetzung von Sternen genauer zu messen, ähnliche Materialien.

Jedoch wirkt jede Säulenreihe nur innerhalb eines begrenzten Farbbereichs – was bedeutet, dass der getarnte Gegenstand in allen anderen Farben sichtbar bleibt. Obwohl dies heißen könnte, dass wir von Tarnkappen noch weit entfernt sind, verfügen die Metaoberflächen für andere Anwendungen über großes Potenzial. Indem die Projektforscher sie mit optisch aktiven Halbleitern wie Indium-Gallium-Aluminium-Nitrid, sogenanntem InGaAlN, kombinierten, verbesserten sie die optische Verstärkung und Modulierbarkeit des Systems, um neue, effiziente optoelektronische Bauelemente zu erreichen.

Das soll nicht heißen, dass die Projektmitglieder ihr Ziel, eine Tarnkappe zu entwickeln, aus den Augen verloren hätten! Sie formulierten ein Konzept einer konformen Grenztransformation, die beschrieben wird als „eine analytische Methode, die auf Ableitungen des Grundprinzips basiert und es ermöglicht, die Übertragung und Reflexion des Lichts für jede Schnittstellengeometrie und jede beliebige einfallende Welle zu modifizieren“.

Den Projektforschern zufolge führt das Konzept zu zahlreichen neuen Möglichkeiten, so könnten etwa Objekte hinter einem „optischen Vorhang“ versteckt, optische Täuschungen durch Reflexion virtueller Bilder erzeugt oder die Beugung, die grundsätzlich bei der Lichtstreuung an gewellten Schnittstellen stattfindet, unterdrückt werden.

Weitere Informationen:
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Quelle: Gestützt auf Projektinformationen und Medienberichte

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