Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Optik mit Metamaterialien

12.01.2010
Metamaterialien haben besondere optische Eigenschaften: Zum Beispiel brechen sie Licht in eine andere Richtung als alle natürlichen Materialien, sie haben also einen negativen Brechungsindex. Mit dem EU-Projekt NIM_NIL wollen Wissenschaftler des ISAS solche Metamaterialien für sichtbares Licht herstellen.

Eine technologische Vision soll Wirklichkeit werden: Wissenschaftler aus Deutschland, Österreich, Serbien, Italien und Griechenland wollen so genannte Metamaterialien mit negativem Brechungsindex (Negative Index Materials, NIM) für den sichtbaren Spektralbereich herstellen. An dem EU-Projekt mit dem Titel NIM_NIL sind auch Forscher des Leibniz-Instituts für Analytische Wissenschaften (ISAS) am Standort Berlin beteiligt. Als Experten für zerstörungsfreie optische Charakterisierung werden sie die optischen Eigenschaften der neuen Materialien analysieren.

Metamaterialien beflügeln seit Jahrzehnten die Phantasie von Wissenschaftlern, denn sie haben besondere optische Eigenschaften - etwa einen negativen Brechungsindex. Das bedeutet, dass sie elektromagnetische Strahlung (zu der auch das sichtbare Licht gehört) in eine andere Richtung brechen können als alle natürlichen Materialien. Damit sind sie für zahlreiche optische Anwendungen interessant, besonders für die Mikroskopie. "Perfekte" Linsen aus Metamaterialien könnten die Auflösung von Mikroskopen um ein Vielfaches verbessern.

Lange Zeit allerdings existierten solche Metamaterialien nur in der Theorie. Erst in den vergangenen Jahren wurden erste NIMs für langwellige Strahlung hergestellt. Durch die gezielte Anordnung von nanometergroßen Strukturen können sie etwa Mikrowellenstrahlung oder Licht im nahen Infrarotbereich in die gewünschte Richtung brechen.

Ziel des von der PROFACTOR GmbH aus Österreich koordinierten NIM_NIL-Projekts ist es nun, Metamaterialien herzustellen, die in der Lage sind, sichtbares Licht zu brechen. Um sie auch für optische Bauelemente einsetzen zu können, wollen die Wissenschaftler möglichst großflächige NIMs erzeugen. Dazu müssen die beteiligten Forschungsgruppen und Firmen zunächst das Herstellungsverfahren und das Design optimieren. Die nanometergroßen Bauteile, aus denen ein Metamaterial besteht, sollen mittels Nanoimprint-Lithografie (NIL) entstehen. Mit dieser Technik kann man mikroskopisch kleine Strukturen wie mit einem Stempel auf einer großen Fläche aufprägen, so dass das Verfahren auch für die Massenproduktion einsetzbar ist.

Die optische Analyse der präparierten Materialien erfolgt dann hauptsächlich am ISAS - in Kooperation mit der Johannes Keppler Universität in Linz, der Sentech GmbH in Berlin und dem Institute of Physics an der Universität von Belgrad. Dazu müssen Dr. Hinrichs und seine Kollegen ihre optischen Messmethoden und die Auswertungsstrategien an die neuen Materialien anpassen. Sie werden dafür ein speziell vom ISAS entwickeltes Synchrotron-Ellipsometer bei BESSY in Berlin nutzen.

Bei dem ellipsometrischen Verfahren wird linear polarisiertes Licht auf eine Probe - in diesem Fall auf die Oberfläche des Metamaterials - geschickt und das reflektierte Licht untersucht. Aus den veränderten Polarisationseigenschaften wollen die Berliner Wissenschaftler die optischen Eigenschaften der Probe ableiten. "Hierfür sind unsere Ellipsometrie-Verfahren von allen Methoden am besten geeignet", sagt Hinrichs. "Wie gut sie allerdings für die Charakterisierung von Metamaterialien funktionieren, das muss das Projekt noch zeigen." NIM_NIL soll über drei Jahre laufen und wird von der EU mit insgesamt 3,4 Mio. Euro gefördert.

Hintergrundinfos:

Aus dem Brechungsindex lässt sich schließen, in welchem Winkel Lichtstrahlen von ihrer ursprünglichen Richtung abgelenkt werden, wenn sie durch eine Oberfläche in ein anderes Medium eintreten, zum Beispiel von Luft in Wasser. Bei allen natürlichen Materialien ist der Brechungsindex positiv: Das Licht wird in einem Winkel zwischen 0° und 90° zur Oberfläche gebrochen.

Materialien mit negativem Brechungsindex würden dagegen das Licht bis hinter das Lot "knicken", also in einem Winkel von mehr als 90°. Möglich wird das nur durch eine gezielte Anordnung winzigster Strukturen mit bestimmten elektrischen und magnetischen Eigenschaften. Diese Strukturen können die elektromagnetische Strahlung beeinflussen - das wird jedoch umso schwieriger, je kleiner die Wellenlänge der Strahlung ist. Das elektromagnetische Spektrum umfasst Wellenlängen von mehreren Kilometern (Radiowellen) bis zu wenigen Femtometern (einige Bestandteile der Höhenstrahlung). Der Bereich des sichtbaren Lichts erstreckt sich über Wellenlängen von etwa 380 bis 770 Nanometern; 1 Nanometer entspricht dabei 10-9 Metern.

Das Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften - ISAS - e.V. ist ein unabhängiges Forschungsinstitut mit Standorten in Dortmund und Berlin. Es gehört der Leibniz-Gemeinschaft an und entwickelt Methoden und Geräte für analytische Anwendungen im Bereich der Lebens- und der Materialwissenschaften. Die Wissenschaftler am Standort Berlin-Adlershof sind Experten für optisch-spektroskopische Messverfahren.

Am Projekt NIM_NIL sind beteiligt:
Profactor GmbH, Österreich (Projektkoordinator)
Johannes Kepler-Universität Linz, Österreich
Friedrich Schiller Universität Jena, Deutschland
Institute of Physics, Belgrade University, Serbien
Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften - ISAS - e.V, Berlin
Sentech Instruments GmbH, Deutschland
Foundation for Research & Technology, Institute of Electronic Structure and Laser, Griechenland
Institute of Inorganic Methodologies and of Plasmas, Italien
Micro resist technology GmbH, Deutschland
Jenoptik Polymer Systems GmbH, Deutschland
Verantwortlich für den Text: Tinka Wolf, Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften - ISAS e.V.

Kontakt:

Dr. Karsten Hinrichs
Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften - ISAS - e.V.
phone: +49 (0)30 6392-3541
karsten.hinrichs@isas.de
Tinka Wolf
Referentin für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften - ISAS - e.V.
Phone: +49 (0)231 1392-234
E-Mail: tinka.wolf@isas.de

Tinka Wolf | idw
Weitere Informationen:
http://www.isas.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Ventile für winzige Teilchen
23.05.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Advanced Materials: Glas wie Kunststoff bearbeiten
18.05.2018 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

Je mehr die Elektronik Autos lenkt, beschleunigt und bremst, desto wichtiger wird der Schutz vor Cyber-Angriffen. Deshalb erarbeiten 15 Partner aus Industrie und Wissenschaft in den kommenden drei Jahren neue Ansätze für die IT-Sicherheit im selbstfahrenden Auto. Das Verbundvorhaben unter dem Namen „Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 7,2 Millionen Euro gefördert. Infineon leitet das Projekt.

Bereits heute bieten Fahrzeuge vielfältige Kommunikationsschnittstellen und immer mehr automatisierte Fahrfunktionen, wie beispielsweise Abstands- und...

Im Focus: Powerful IT security for the car of the future – research alliance develops new approaches

The more electronics steer, accelerate and brake cars, the more important it is to protect them against cyber-attacks. That is why 15 partners from industry and academia will work together over the next three years on new approaches to IT security in self-driving cars. The joint project goes by the name Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) and has funding of €7.2 million from the German Federal Ministry of Education and Research. Infineon is leading the project.

Vehicles already offer diverse communication interfaces and more and more automated functions, such as distance and lane-keeping assist systems. At the same...

Im Focus: Mit Hilfe molekularer Schalter lassen sich künftig neuartige Bauelemente entwickeln

Einem Forscherteam unter Führung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, spezielle Moleküle mit einer angelegten Spannung zwischen zwei strukturell unterschiedlichen Zuständen hin und her zu schalten. Derartige Nano-Schalter könnten Basis für neuartige Bauelemente sein, die auf Silizium basierende Komponenten durch organische Moleküle ersetzen.

Die Entwicklung neuer elektronischer Technologien fordert eine ständige Verkleinerung funktioneller Komponenten. Physikern der TU München ist es im Rahmen...

Im Focus: Molecular switch will facilitate the development of pioneering electro-optical devices

A research team led by physicists at the Technical University of Munich (TUM) has developed molecular nanoswitches that can be toggled between two structurally different states using an applied voltage. They can serve as the basis for a pioneering class of devices that could replace silicon-based components with organic molecules.

The development of new electronic technologies drives the incessant reduction of functional component sizes. In the context of an international collaborative...

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Im Fokus: Klimaangepasste Pflanzen

25.05.2018 | Veranstaltungen

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Berufsausbildung mit Zukunft

25.05.2018 | Unternehmensmeldung

Untersuchung der Zellmembran: Forscher entwickeln Stoff, der wichtigen Membranbestandteil nachahmt

25.05.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

25.05.2018 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics