23.12.2021 - Walter de Gruyter GmbH & Co. KG

Mit supraleitenden Materialien Unsichtbarkeit schaffen

Tarngeräte sind vielleicht bald keine Science-Fiction mehr

Eine neue, in der De Gruyter-Fachzeitschrift Nanophotonics veröffentlichte Studie der Hauptautoren Huanyang Chen von der Universität Xiamen (China) und Qiaoliang Bao schlägt vor, das Material Molybdäntrioxid (α-MoO3) als Ersatz für teure und schwierig herzustellende Metamaterialien in der aufkommenden Technologie neuartiger optischer Geräte einzusetzen.

Die Idee einer Tarnkappe mag eher nach Magie als nach Wissenschaft klingen, aber Forscher arbeiten derzeit intensiv an der Herstellung von Geräten, die Licht so streuen und biegen können, dass der Effekt der Unsichtbarkeit entsteht.

Bisher wurden für diese Geräte Metamaterialien verwendet - ein Material, das speziell entwickelt wurde, um neuartige Eigenschaften zu besitzen, die in natürlich vorkommenden Stoffen oder in den einzelnen Teilchen dieses Materials nicht vorkommen -, aber die Studie von Chen und Koautoren schlägt die Verwendung von α-MoO3 vor, um diese Unsichtbarkeitsgeräte herzustellen.

Dieses Material verfügt über einige einzigartige Eigenschaften und kann eine hervorragende Plattform für die Steuerung des Energieflusses bieten. Die Simulationsergebnisse des Teams zeigen, dass der vereinfachte Unsichtbarkeitskonzentrator die Effekte der elektromagnetischen Unsichtbarkeit und der Energiekonzentration erzielen kann, die ein Gerät mit nahezu perfekter Unsichtbarkeit aufweisen würde, wenn zylindrische oder aufgerollte α-MoO3-Materialien die Metamaterialien ersetzen.

Im Ergebnis zeigt die Studie, dass hyperbolische Materialien wie α-MoO3 und Vanadiumpentoxid (V2O5) als neue Grundlage für die Transformationsoptik dienen könnten, was die Möglichkeit von photonischen Geräten jenseits von Unsichtbarkeitskonzentratoren eröffnet, einschließlich verbesserter Infrarot-Bildgebungs- und Detektionssysteme.

Die Transformationsoptik ist in den letzten Jahrzehnten ein heißes Thema in der Physik gewesen, dank der Entdeckung, dass der Weg, den das Licht durch ein kontinuierliches Medium nimmt, der gleiche sein kann wie seine Ausbreitung durch einen gekrümmten Raum, der eine Koordinatentransformation erfahren hat.

Die Folge davon ist, dass das Verhalten des Lichts beim Durchgang durch ein Material manipuliert werden kann, was zur Schaffung einer Vielzahl neuartiger optischer Vorrichtungen geführt hat, wie z. B. Unsichtbarkeitsmäntel - ein Tarnmaterial, das ein Objekt bedecken und das Licht um dieses herum biegen kann, so dass es fast verschwindet - und andere optische Täuschungsvorrichtungen.

"Es ist das erste Mal, dass 2D-Materialien für optische Transformationsgeräte verwendet wurden. Normalerweise brauchen wir Metamaterialien, aber das hier ist viel einfacher", sagt Chen. Der Forscher erklärt weiter, dass die erste Anwendung für die Ergebnisse dieser Studie ein großformatiger Energiekonzentrator sein könnte, der solche Geräte verbessern kann. "Wir führen jetzt Experimente durch, bei denen wir das α-MoO3 aufrollen, und wir hoffen, dass die Ergebnisse sehr bald vorliegen werden."

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