Der Traum von der Unsichtbarkeit, Take 2
Nanodrähte könnten demnächst dabei helfen, dass sich Gegenstände erstmals auch im Bereich sichtbaren Lichts verbergen lassen. Die im Computermodell getestete Theorie muss allerdings noch in die Praxis umgesetzt werden.
- Duncan Graham-Rowe
Sieht so das erste unsichtbare Objekt aus? Es hat in etwa die Form einer Haarbürste, deren Borsten aus Nanodrähten bestehen, die das Licht ablenken können. Wirklich gebaut wurde dieses kleine technische Wunder allerdings noch nicht, doch Valdimir Shalaev, der das Projekt als Professor für Elektrotechnik und Informatik an der Purdue University leitet, hält seine bislang nur theoretische Arbeit für praktisch umsetzbar: "Es handelt sich dabei um die erste optische Verhüllung, die im sichtbaren Spektrum arbeitet und sich auch bauen lassen dürfte." Shalaev und sein Team versuchen derzeit, das Gerät anhand ihrer Computermodells nachzubauen. Es soll alle Wellenlängen sichtbaren Lichts ablenken können.
"Was wir hier haben, ist eine Roadmap in die Zukunft, in der sich solche Strukturen bauen lassen könnten", meint John Pendry, Professor für theoretische Physik am Imperial College in London, der selbst mit einer ähnlichen Arbeit bekannt wurde. "Neben dem Unsichtbarkeitsfaktor könnte ein solches Design auch zum Bau von Hitzeschilden dienen - infrarotes Licht würde dann einfach abgelenkt."
Pendry selbst schuf im vergangenen Jahr die erste Unsichtbarkeitsmaschine, die allerdings nur im Mikrowellenbereich funktionierte und so im Militärsektor interessant werden könnte. Shalaevs Arbeit zeige nun, wie sich dieser Ansatz auch in Wellenlängen sichtbaren Lichts weiterführen lasse, meint der Forscher.
Um wirklich unsichtbar zu sein, muss ein Objekt vor allem zwei Voraussetzungen erfüllen: Es muss das Licht ablenken können, so dass es keine Schatten wirft, und gleichzeitig darf es Licht auch nicht reflektieren. Natürlich vorkommende Materialien können dies nicht - die so genannten Metamaterialien, neuartige künstliche Stoffe, eines Tages hingegen schon.
Um Licht um ein Objekt herum zu leiten, muss das Material einen negativen Brechungsindex besitzen. Dieser Wert gibt an, wie sich das Licht durch ein Medium bewegt - und ist beispielsweise der Grund dafür, dass ein Stock im Wasser gekrümmt aussieht. Hätte Wasser einen negativen Brechungsindex, würde es den Stock so erscheinen lassen, als wäre er zurück gebogen.
Im vergangenen Jahr zeigte Pendry, dass es theoretisch möglich ist, eine Struktur aus sehr kleinen, leitenden Drähten zu schaffen, die sich auf elektromagnetische Felder im Mikrowellenspektrum auswirken. Dabei werden diese unnatürlich umgebogen. Die Theorie ließ sich in Experimenten an der Duke University, durchgeführt von David Smith und David Schurig, schließlich beweisen.
Mit sichtbarem Licht funktionierte dies allerdings nicht. Um das Experiment von Smith und Schurig entsprechend anzupassen, dĂĽrften die Komponenten nur 40 Nanometer groĂź sein.
Die Lösung sind eng nebeneinander liegende Nadeln aus Nanodrähten - 10 Nanometer im Durchmesser und 60 Nanometer lang. Sie sitzen auf einer zylindrischen Speiche. Theoretisch ließen sich Objekte so vor Rotlicht der Wellenlänge 632,8 Nanometer verstecken.
Es gibt allerdings Einschränkungen. Ein kleiner Prozentsatz des Lichtes würde doch reflektiert, so dass das Objekt nicht gänzlich unsichtbar wäre. Außerdem lässt sich das Modell zwar auf andere Frequenzen im sichtbaren Bereich eichen, arbeitet aber dennoch nur in einem geringen Bandumfang.
"Das ist ein echtes Problem", meint Ulf Leonhardt, Professor für theoretische Physik an der St. Andrews University in Schottland und Experte auf dem Gebiet. "Das Gerät würde sehr merkwürdig aussehen und man würde sicher etwas bemerken." Das läge aber nicht an dem allgemeinen Ansatz der Forscher, sondern an generellen Problemen mit der Idee der Unsichtbarkeit, die die Wissenschaftler erst lösen müssten.
"Es ist dennoch ein wichtiger Schritt, dass wir uns hier jetzt auch im sichtbaren Bereich bewegen", meint der Leonhardt, der das Projekt daher für einen "definitiven Schritt nach vorn" hält. Doch damit Objekte wirklich vor unseren Augen verschwinden, müsste erst ein Weg gefunden werden, alle wichtigen Frequenzen anzusprechen.
Pendry hält vor allem die Verwendung von Nanodrähten für sinnvoll: "Das ist sehr nützlich, weil wir ja sehen wollen, ob sich das wirklich bauen lässt." Daran arbeiten die Forscher nun: "Der nächste Schritt ist die Herstellung und der Test eines ersten Musters", meint Shalaev-Kollege Alexander Kildishev. In Zusammenarbeit mit dem Birck Nanotechnology Center an der Purdue University werde man sich dem nun widmen. (bsc)
