Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Licht im Rückwärtsgang

18.08.2011
Was man sonst mit komplizierten Meta-Materialien zu erreichen versucht, gelang an der Technischen Universität (TU) Wien nun mit ganz gewöhnlichen Metallen: Eine negative Brechzahl lässt Lichtstrahlen „falsch herum“ abbiegen.
Man muss nur einen geraden Stab ins Wasser halten, um den Effekt zu sehen: An der Grenzfläche zwischen Wasser und Luft ändert das Licht seine Richtung, der Stab sieht aus, als wäre er an der Wasseroberfläche geknickt. Wie stark geknickt der Stab erscheint, wird durch die Brechungszahl (oder Brechungsindex) beschrieben.

Seit Jahren versucht man, spezielle Materialien mit negativer Brechungszahl herzustellen - sie verhalten sich optisch ganz anders, als wir das gewohnt sind. An der TU Wien wurde nun gezeigt: Selbst ganz gewöhnliche Metalle können eine negative Brechzahl haben, wenn man sie in ein Magnetfeld steckt.

Verkehrte Lichtbrechung für neuartige Linsen

Wenn man mit dem Auto an der Grenze zwischen Asphaltstraße und Schnee fährt, kann es passieren, dass sich die Räder am Asphalt schneller vorwärtsbewegen als die Räder am Schnee. Damit ändert sich die Fahrtrichtung und man kommt ins Schleudern. Etwas Ähnliches geschieht mit Lichtstrahlen, die an eine Grenzfläche zwischen zwei Materialien stoßen, in denen sich das Licht unterschiedlich schnell bewegt – etwa Luft und Glas. „Die Brechzahl gibt an, wie stark das Licht abgelenkt wird. Typischerweise liegt sie bei 1 – wie im Vakuum oder Luft - oder darüber – wie in meisten transparenten Substanzen“, erklärt Professor Andrei Pimenov vom Institut für Festkörperphysik der TU Wien. Allerdings wird schon seit Jahren spekuliert, welche neuen Eigenschaften Materialien haben könnten, deren Brechungszahl negativ ist. Beim Übergang in ein solches Material würde das Licht gewissermaßen den Rückwärtsgang einlegen und genau andersherum gebrochen werden, als das normalerweise geschieht. Das könnte, so vermutet man, ganz neue optische Effekte und Technologien ermöglichen.

Metall knickt Lichtstrahlen

Bisher wurde angenommen, dass man solche Effekte nur in sogenannten Meta-Materialien finden kann. Solche Materialien werden aus speziellen feinen Strukturen hergestellt, die das Licht auf mikroskopischer Ebene in der gewünschten Weise streuen. An der TU Wien stellte sich aber nun heraus, dass man mit einfachen Tricks sogar in ganz normalen Metallen wie Kobalt oder Eisen einen negativen Brechungsindex beobachten kann. „Wir setzen das Metall einem starken Magnetfeld aus und bestrahlen es mit Licht, dessen Wellenlänge genau zur Stärke des Magnetfeldes passt“, erklärt Andrei Pimenov. Verwendet wird Mikrowellenstrahlung, die eine dünne Metallfolie teilweise durchdringen kann. Durch magnetische Resonanz-Effekte im Metall wird das Licht dann an der Grenzfläche dramatisch abgelenkt und bewegt sich innerhalb des Materials in die Gegenrichtung - so ähnlich als wäre im Inneren des Metalls ein Spiegel eingebaut.

Die perfekte Linse

Besondere Aufmerksamkeit haben Materialien mit negativem Brechungsindex in den letzten Jahren auf sich gezogen, weil ihr seltsames Verhalten ganz neue optische Linsen ermöglichen könnte. Das Auflösungsvermögen von gewöhnlichen Linsen ist durch die verwendete Wellenlänge beschränkt: Mit meterlangen Radarwellen kann man keinen Schmetterling fotografieren, mit sichtbarem Licht lässt sich kein Atom abbilden. „Mit einem Material, das eine negative Brechungszahl aufweist, könnte man theoretisch jedoch eine beliebig gute Auflösung erzielen“, erklärt Andrei Pimenov. Simple Metalle dafür verwenden zu können ist viel einfacher als komplizierte Meta-Materialien aufbauen zu müssen. Um richtige Linsen bauen zu können, müssen nun allerdings noch Methoden gefunden werden, die Abschwächung des Lichtstrahls durch Absorption auszugleichen.

Bilderdownload: http://www.tuwien.ac.at/dle/pr/aktuelles/downloads/2011/licht/

Originalpublikation: http://epljournal.edpsciences.org/index.php?option=com_article&access=
standard&Itemid=129&url=/articles/epl/abs/2011/15/epl13688/epl13688.html>

Rückfragehinweis:
Prof. Andrei Pimenov
Institut für Festkörperphysik
Technische Universität Wien
Wiedner Hauptstraße 8-10, 1040 Wien
T: +43-1-58801-137 23
andrei.pimenov@tuwien.ac.at

Aussender:
Dr. Florian Aigner
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Operngasse 11, 1040 Wien
T: +43-1-58801-41027
florian.aigner@tuwien.ac.at

Materials & Matter ist – neben Computational Science & Engineering, Quantum Physics & Quantum Technologies, Information & Communication Technology sowie Energy & Environment – einer von fünf Forschungsschwerpunkten der Technischen Universität Wien. Geforscht wird von der Nanowelt bis hin zur Entwicklung neuer Werkstoffe für großvolumige Anwendungen. Die Forschenden arbeiten sowohl theoretisch, beispielsweise an mathematischen Modellen im Computer, wie auch experimentell an der Entwicklung und Erprobung innovativer Materialien.
Share

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Maschinelles Lernen im Quantenlabor
19.01.2018 | Universität Innsbruck

nachricht Seltsames Verhalten eines Sterns offenbart Schwarzes Loch, das sich in riesigem Sternhaufen verbirgt
17.01.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie