• Was erwartet dich in diesem Modul?
  • Warum ist Unsichtbarkeit überhaupt ein Thema in der Nanophysik?
  • Wie sieht der theoretische Aufbau einer Tarnkappe aus?

 

Die technische Entwicklung der letzten Jahrzehnte erlaubt es uns, ernsthaft über Technologien nachzudenken, die bislang nur als Science-Fiction abgestempelt wurden. Eine dieser Technologien betrifft das Thema Unsichtbarkeit - ein Schlagwort, das die Phantasie der Menschheit seit Jahrhunderten beflügelt und sich in Geschichten von den Nibelungen bis Harry Potter niedergeschlagen hat. Da die Möglichkeiten, Materialien mit vielen besonderen Eigenschaften herzustellen, immer vielfältiger werden, ist es mittlerweile auch gelungen, mit künstlichen Nanostrukturen sich dem Thema Unsichtbarkeit zu nähern. Künstlich hergestellte Materialien können durch ihren Aufbau und ihre innere Struktur zum Beispiel auch um einiges belastbarer als herkömmliche Materie sein (siehe z.B. auch Graphen), an Oberflächen haften, oder eben sogar den Weg des Lichts manipulieren.

Solche neuartigen Materialien bilden die Grundlage für viele Forschungsthemen und öffnen den Weg zu unzähligen Innovationen und technologischen Anwendungen. Metamaterialien sind solche künstlich hergestellte Strukturen, mit Eigenschaften, die kein natürlich vorkommendes Material bieten kann. In der Natur werden Materialeigenschaften eines Festkörpers vom inneren Aufbau der kleinsten Teile (Atome, Moleküle) bestimmt, die meist gitterförmig und periodisch angeordnet sind. Ein Diamant ist so hart, weil seine Kohlenstoffatome in einem speziellen Gitter angeordnet sind, das besonders kompakt und stabil ist.

MetamaterialÜbergang von einem herkömmlichen Material (Kristallstruktur) zu einem Metamaterial. Metamaterial, Alexander Gorfer(quant.uni-graz.at),CC-BY-SA 4.0

 

Die Grundidee, die hinter einem Metamaterial steckt, ist die künstliche und periodische Anordnung sogenannter „funktionaler Bausteine“. Diese Elemente können Nanoteilchen (siehe Modul Nanoteilchen) sein, die die Funktion winziger elektrischer Schwingkreise übernehmen (siehe auch Herz'scher Dipol). Im Gegensatz zu Atomen oder Molekülen, kann man den künstlich hergestellten Nanostrukturen die verschiedensten Eigenschaften und Funktionen geben. Diese Eigenschaften können mechanischer Natur sein, wie etwa die Stabilität in die eine Richtung und Flexibilität in eine andere, oder eine spezielle Art Schall zu leiten, oder sie können eben auch völlig neue Phänomene in der Optik erzeugen.

Genau diese Möglichkeit, durch den speziellen inneren Aufbau von Metamaterialien elektromagnetische Wellen auf bestimmte Art und Weise beugen und brechen zu können, steckt hinter der Forschung an Unsichtbarkeit in der Nanophysik. Wie das in der Theorie funktioniert und inwieweit das heute schon realisiert ist, wird auf den folgenden Seiten erklärt.

 

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