Optik-Revolution: Material bricht Licht nicht

Ein internationales Forscherteam hat ein Material entwickelt, durch das sich Licht ausbreitet, als wäre es gar nicht da.

„Wir haben ein Metamaterial mit null Brechungsindex hergestellt und beobachtet. Wir haben gesehen, dass Licht durch das Material läuft, als wäre dieser Raum nicht vorhanden“, sagt Serdar Kocaman, Elektrotechnik-Doktorand an der Columbia University. Es kommt dabei nicht einmal zu einer Phasenverzögerung, weshalb das Team großes Anwendungspotenzial beispielsweise im Bereich photonischer Chips ortet.

„Wir können jetzt den Fluss von Licht kontrollieren, dem schnellsten, was wir kennen“, meint zudem Projektleiter Chee Wie Wong, Professor für Maschinenwesen an der Columbia. „Das kann selbst-fokussierende Lichtstrahlen und hochgradig gerichtete Antennen ermöglichen.“ Ebenso verweist er auf die Chance, eine Tarnkappe zumindest für kleine Objekte oder einen begrenzten Frequenzbereich umzusetzen.

Wichtige Phase
Wong sieht die Entwicklung als großen Schritt in Richtung Informationstransport in optischen Chips, mit voller Kontrolle über die Phase des Lichts. Das könnte letztlich große praktische Bedeutung haben, wie der Elektrotechniker Thomas Müller vom Institut für Photonik der TU Wien http://www.photonik.tuwien.ac.at auf Nachfrage von pressetext bestätigt. „In photonischen Chips wird elektrische Information in optische Signale umgewandelt und umgekehrt“, erklärt er. Die dafür nötigen elektro-optischen Modulatoren basieren in der Regel auf einem interferometrischen Prinzip, das nur bei klar definierter Phase des Lichts funktioniert.
Unnatürlicher Brechungsindex
Möglich wird die Phasenkontrolle durch eine speziell aufgebaute Nanostruktur, deren Strukturgrößen kleiner sind als die Lichtwellenlänge. Das Team, zu dem auch britische und singapurische Forscher zählen, hat darin Materialien mit positivem und negativem Brechungsindex so kombiniert, dass die Gesamtstruktur einen Brechungsindex von genau Null aufweist – ein bislang einzigartiger Wert.

Alle bekannten natürlichen Materialien haben einen positiven Brechungsindex, im Normalfall größer als eins. Zwar hat der russische Physiker Victor Veselago schon in den 1960ern vorausgesagt, dass Materialien mit negativem Brechungsindex möglich sind. Ab der Jahrtausendwende gab es Durchbrüche bei der Fertigung entsprechender Metamaterialien, die unter anderem als Hoffnungsträger für technologisch erreichte Unsichtbarkeit gelten.