Theorie zeigt, wie künstliches „Metamaterial“ Gegenstände unsichtbar werden lässt Forscher entwickeln Tarnkappe - scinexx | Das Wissensmagazin
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Theorie zeigt, wie künstliches „Metamaterial“ Gegenstände unsichtbar werden lässt

Forscher entwickeln Tarnkappe

David R. Smith, einer der Entwickler der "Tarnkappe" © Duke University

Ein Umhang oder eine Plane, die Personen oder Gegenstände unsichtbar werden lässt – bisher gab es das nur im Reich der Science Fiction. Aber jetzt haben Wissenschaftler eine Art theoretischer Blaupause für Materialien entwickelt, die elektromagnetische Strahlung – und damit auch das sichtbare Licht – so verändern, dass sie wie eine Tarnkappe wirken.

Wie die Wissenschaftler um David R. Smith, Professor für Computerwissenschaften und Elektronik an der Duke Universität und John Pendry vom Imperial College in London in der Online-Ausgabe der Zeitschrift „Science“ berichten, bilden so genannte Metamaterialien, exotische künstliche Komposite, die Grundlage für eine solche „Tarnkappe“. „Der Umhang würde wirken, als wenn man ein Loch im Raum geöffnet hätte, erklärt Smith. „Alles Licht oder andere elektromagnetische Wellen werden von dem Metamaterial so um diesen Bereich herumgeleitet, dass sie auf der anderen Seite ankommen, als wenn sie gerade ein leeres Stück Raum passiert hätten. Wie Wasser, das um einen glatten Fels strömt.“

Wie Smith und seine Kollegen im Jahr 2000 bereits demonstrierten, können Metamaterialien mit Licht und anderen elektromagnetischen Strahlen gezielt interagieren. Noch ist die Tarnkappe nur Theorie, aber schon jetzt sehen die Forscher in der Zukunft zahlreiche Anwendungen dafür: “Es gibt mehrere Anwendungsmöglichkeiten für eine solche Tarnkappe”, erklärt Smith. „Zum einen kann sie ein Objekt vor der Entdeckung durch Beobachtung oder auch andere Strahlung wie Radar, Schall oder Infrarot schützen. Zum anderen aber könnten auf diese Weise elektromagnetische Wellen umgeleitet werden und so bisher störende Hindernisse störungsfrei überwinden. Sogar die hässliche Fabrik, die den Ausblick auf das Meer stört, könnte so unter einer gewaltigen Tarnkappe verschwinden..“

Von der Theorie…

Die Forscher entwickelten zunächst das Material nur in der Theorie, ausgehend von den Eigenschaften, die theoretisch konstruierbar wären. Eine präzise mathematische Funktion beschreibt das Metamaterial jedoch genau in allen strukturellen Details, die nötig wären, um die Interaktion mit elektromagnetischen Wellen in der gewünschten Weise zu erzielen. „Diese Funktion kann dann die Basis bilden für die Herstellung eines solchen Materials“, so Smith.

Die Theorie selbst ist simpel: „Nichts, was man nicht auch schon vor 50 oder sogar 100 Jahren hätte entwickeln können“, so der Forscher. „Aber natürliche Materialien bieten nur eine sehr begrenzte Palette von möglichen elektromagnetischen Eigenschaften. Jetzt können wir Metamaterialien erzeugen, die genau die Eigenschaften besitzen, die wir brauchen.“ Erst die jüngsten Entwicklungen in der Materialforschung und die Möglichkeit, maßgeschneiderte Materialien herzustellen, eröffnen ganz neue Möglichkeiten, die es in der Natur so nicht gibt.

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…zur Praxis

Das nächste Ziel der Forscher ist es, jetzt auch experimentell zu belegen, dass eine Tarnkappe für elektromagnetische Wellen realisierbar ist. Der erste Versuch soll zunächst auf Strahlung im Mikrowellenbereich wirken und könnte dann für drahtlose Kommunikation eingesetzt werden – beispielsweise um Hindernisse zu überbrücken.

(Duke University, 26.05.2006 – NPO)

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