So machen Sie ein Objekt unsichtbar

Theoretisch wurde ein haarbürstenförmiges Gerät entwickelt, das Borsten aus Nanodrähten verwendet, um Licht um ihn herum zu biegen und das Objekt unsichtbar zu machen. Die Forscher, die das Design entwickelt haben, sagen, dass es das erste praktische Design für einen optischen Umhang ist, der im sichtbaren Spektrum funktioniert. Sie arbeiten nun daran, basierend auf ihren Berechnungen ein tatsächliches Gerät zu bauen.

Umhang an, Umhang aus: Simulationen zeigen, wie Licht mit dem Querschnitt der Tarnvorrichtung interagiert. Wenn es nicht getarnt ist (oben), wird das Licht vom Objekt reflektiert. Aber wenn es getarnt ist (unten), wird das Licht um das Objekt und alles darin herum geleitet.

Obwohl es sich immer noch nur um ein theoretisches Design handelt, ist es das erste, das zeigt, wie ein kürzlich entdeckter Cloaking-Effekt für alle Wellenlängen des sichtbaren Lichts funktioniert, sagt Vladimir Shalaev , Professor für Elektro- und Computertechnik an der Purdue University in West Lafayette, IN, der die Forschungsarbeit leitete.

Es legt einen Fahrplan für den Bau dieser Art von Strukturen fest, sagt John Pendry , Professor für theoretische Physik am Imperial College London, Großbritannien. Die Arbeit könnte nicht nur die Möglichkeit bieten, Dinge unsichtbar zu machen, sondern auch Wege zur Schaffung von Hitzeschilden durch das Biegen von Infrarotlicht um Objekte herum führen, sagt er. Pendrys anfängliche Forschung führte im letzten Jahr zur Entwicklung des ersten funktionierenden Cloaking-Geräts, das im Mikrowellenbereich arbeitete. (Siehe Cloaking Breakthrough .) Diese neueste Arbeit zeigt nun einen Weg, dies auf den Bereich des sichtbaren Lichts auszudehnen, sagt Pendry.

Um unsichtbar zu werden, muss ein Objekt zwei Dinge tun: Es muss in der Lage sein, Licht um sich selbst zu biegen, sodass es keinen Schatten wirft, und es darf keine Reflexion erzeugen. Während natürlich vorkommende Materialien dies nicht können, macht es jetzt eine neue Materialklasse namens Metamaterialien möglich. (Siehe TR10: Unsichtbare Revolution.)

Um Licht um ein Objekt zu biegen, muss ein Material einen negativen Brechungsindex aufweisen. Der Brechungsindex ist eine Eigenschaft, die bestimmt, wie Licht ein Medium durchdringt; Aus diesem Grund sieht ein Stock verbogen aus, wenn er ins Wasser gelegt wird. Wenn Wasser einen negativen Brechungsindex hätte, würde der Stab aussehen, als würde er sich in sich selbst zurückbiegen.

Im vergangenen Jahr hat Pendry gezeigt, dass es theoretisch möglich ist, Strukturen aus sehr dünnen leitenden Drähten zu konstruieren, die die elektrischen und magnetischen Felder von Mikrowellen beeinflussen und sich so auf unnatürliche Weise verbiegen können. Diese Theorie wurde später durch Experimente untermauert, die von . durchgeführt wurden David Smith und David Schurig an der Duke University in Durham, NC.

Aber die Wiederholung des Erfolgs für visuelles Licht schien Probleme zu bereiten. Um das von Smith und Schurig verwendete Design für sichtbares Licht nutzbar zu machen, wären zum einen Bauteile mit einer Größe von nur 40 Nanometern erforderlich.

Die Lösung bestand darin, ein Gerät mit eng beabstandeten Nadeln aus Nanodrähten mit einem Durchmesser von 10 Nanometern und einer Länge von 60 Nanometern zu entwickeln, die von einer zylindrischen zentralen Speiche ausgingen. In der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Naturphotonik , zeigen die Forscher, wie dies – zumindest theoretisch – das Objekt vor rotem Licht der Wellenlänge 632,8 Nanometer lang hüllen würde.

Dieser Ansatz unterliegt jedoch Einschränkungen. Ein sehr kleiner Prozentsatz des Lichts würde immer noch reflektiert, sodass das Objekt nicht vollständig unsichtbar wäre. Auch wenn das Design für andere Frequenzen im sichtbaren Bereich angepasst werden kann, funktioniert das Design immer noch nur für ein sehr schmales Lichtband.

Das ist ein echtes Problem, sagt Ulf Leonhardt , Professor für theoretische Physik an der St. Andrews University in Schottland und Experte auf diesem Gebiet. Es würde völlig seltsam aussehen, und Sie würden definitiv etwas sehen. Aber er sagt, dass dies keine Anklage gegen die Purdue-Forschung ist; Es ist vielmehr ein allgemeines Problem der bisherigen Cloaking-Forschung.

Es sei noch ein wichtiger Schritt, in den sichtbaren Bereich zu gehen, sagt Leonhardt. Und es ist ein definitiver Schritt nach vorne. Aber um die Dinge wirklich vor unseren Augen verschwinden zu lassen, muss ein Weg gefunden werden, die Geräte über einen breiten Frequenzbereich hinweg funktionieren zu lassen, sagt er.

Trotzdem ist die Verwendung von Nanodrähten ein sehr praktischer Weg, sagt Pendry. Es ist sehr nützlich, denn was wir jetzt wirklich wollen, ist zu sehen, wie gut die Leute sie bauen können, sagt er. Genau daran arbeitet die Gruppe derzeit. Der nächste Schritt besteht darin, eine echte Probe herzustellen und zu testen, sagt Alexander Kildishev, ein Forscher bei Purdue. Diese Arbeit wird in Zusammenarbeit mit Purdues Birck Nanotechnology Center durchgeführt.

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