Neue Tarnkappe Badematte macht Objekte unsichtbar

Forscher sind Harry Potters Tarnmantel erneut einen Schritt näher gekommen: Mit Hilfe eines Hightech-Materials haben sie Objekte in einem weiten Mikrowellenbereich unsichtbar gemacht. Die Technologie soll auch im Bereich des sichtbaren Lichts funktionieren.

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Selbst beim altehrwürdigen Fachblatt "Science" scheint man die neueste Erfindung von Ruopeng Liu und seinen Kollegen ein wenig bizarr zu finden. "Es ähnelt eher einer gelben Badematte als Harry Potters berühmtem Tuch", heißt es auf der Website des Magazins über die neue Tarnkappe.

Doch die Badematte hat es in sich: Sie kann laut ihren Entwicklern nicht nur Objekte für elektromagnetische Strahlung im Mikrowellenbereich unsichtbar machen, was für sich genommen schon beeindruckend genug wäre. Im Unterschied zur ersten funktionierenden Tarnkappe decke das "neue und viel komplexere Material" ein breites Band von Mikrowellen ab und könne deshalb "einfacher für sichtbares Licht angepasst werden". Mit anderen Worten: Man könnte Objekte nicht nur etwa für Radargeräte, sondern auch für das menschliche Auge unsichtbar machen.

Liu, der an der Duke University in Durham (US-Bundesstaat North Carolina) arbeitet, hat mit seinem Team zunächst einen flachen Spiegel verwendet, der einen einfallenden Mikrowellenstrahl normal reflektieren würde. Auf dieser glatten Fläche haben die Forscher ein Objekt positioniert, das ebenfalls hinter einer verspiegelten Schicht steckt. Unter normalen Umständen würde diese Beule auf dem einstmals glatten Spiegel die Mikrowellen streuen - und wäre damit leicht auffindbar.

An dieser Stelle kommt die gelbe Hightech-Badematte ins Spiel: Vor dem Spiegel verlegt, sorgt sie dafür, dass die Mikrowellen so reflektiert werden, als hätten sie einen ebenen Spiegel getroffen. Das hinter der Beule versteckte Objekt wäre damit in diesem Wellenbereich unsichtbar (siehe Fotostrecke).

Die Tarnkappe der Forscher besteht aus einem sogenannten Metamaterial, das seine besonderen Eigenschaften nicht seiner chemischen Zusammensetzung, sondern seiner speziellen Struktur verdankt. Auf der Oberfläche wiederholen sich tausendfach winzige Nanostrukturen, die kleiner sein müssen als die Wellenlänge der einfallenden Strahlung. Bei richtiger Anordnung zeigen solche Metamaterialien Eigenschaften, die in der Natur nicht vorkommen - wie etwa ein negativer Brechungsindex.

Sichtbares Licht braucht noch filigranere Strukturen

Er bestimmt, wie elektromagnetische Wellen gebrochen und reflektiert werden. In der Natur gibt es nur positive Brechzahlen, und alles andere hätte bizarre Effekte. Steckte man etwa einen Löffel zur Hälfte ins Wasser, würde er bei einem negativen Brechungsindex nicht wie gewohnt nach oben, sondern nach unten abgeknickt erscheinen.

Bisherige Metamaterialien hatten allerdings das Problem, dass sie aufgrund ihrer Struktur nur für eine bestimmte Wellenlänge funktionieren - keine guten Voraussetzungen für eine Tarnkappe, die auch mit sichtbarem Licht funktionieren soll, das von Rot bis Violett reicht. Zwar haben Forscher kürzlich theoretische Berechnungen vorgestellt, wie das Problem mit Hilfe komplexer Geometrien gelöst werden könnte. Doch praktische Anwendungen auf Basis dieser Berechnungen dürften noch in ferner Zukunft liegen.

Liu und seine Kollegen sind dem ersehnten Ziel nun einen Schritt näher gekommen: Ihr Material funktioniert in einem breiten Band des Mikrowellenspektrums - und könnte sogar bis in den Bereich des sichtbaren Lichts reichen, schreiben die Wissenschaftler in "Science".

"Tarnkappe kann wissenschaftlicher Fakt werden"

Die Benutzung von Mikrowellen hat dabei vor allem praktische Gründe: Da sie über eine vergleichsweise lange Wellenlänge verfügen, fällt die Konstruktion aus Metamaterial und Nanostrukturen leichter. Sichtbares Licht würde wegen seiner kürzeren Wellenlängen wesentlich filigranere Strukturen benötigen. Zum Vergleich: Lius Team benutzte im Experiment Frequenzen von 13 bis 16 Gigahertz, was einer Wellenlänge von etwa 19 bis 23 Millimetern entspricht. Die Wellenlängen von sichtbarem Licht sind mit 380 bis 780 Nanometern rund 24.000- bis 61.000-mal kleiner.

Theoretisch könnten durchaus unterschiedliche Objekte hinter der Beule versteckt werden, so die Forscher - etwa technische Geräte, die vor der Strahlung von Handys geschützt werden sollen. Voraussetzung wäre allerdings, dass sie auch hineinpassen. Denn wollte man Größe oder Form der Beule verändern, müsse man auch eine komplett neue Version des Metamaterials entwerfen. Das nämlich wirkt nur deshalb in einem breiten Frequenzband, weil jede einzelne der vielen tausend Nano-Strukturen in einem automatisierten Prozess genau auf die Form der Beule abgestimmt wurde.

"Diese neue Struktur zeigt eindeutig, dass die Tarnkappe im bisherigen Sinne von Science Fiction ein wissenschaftlicher Fakt werden kann", sagte Lius Kollege David Smith, der bereits an der Entwicklung der ersten funktionierenden Tarnkappe im Oktober 2006 beteiligt war. Zwar betont er die möglichen Anwendungen der Technologie in der Kommunikationstechnik. Aber naturgemäß hat auch das Militär brennendes Interesse - erkennbar an der Tatsache, dass das Geld für die jetzt präsentierte Tarnkappe unter anderem von der Rüstungsfirma Raytheon Missile Systems und vom Office of Scientific Research der US Air Force kam.

Bis zu einem Tarnmantel für Mensch oder Maschine ist der Weg allerdings noch immer weit. Schon ein flüchtiger Blick auf die Tarnvorrichtung von Liu und seinen Kollegen macht das überdeutlich: Wer möchte sich oder sein Flugzeug schon in eine gelbe Badematte hüllen?

Mit Material von Reuters



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