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19.03.2010

Es ist ein Stück Science Fiction, das schon in einigen Jahren Realität werden könnte: eine Tarnkappe, die nicht nur in theoretischen Berechnungen oder Hollywood-Filmen funktioniert, sondern tatsächlich Objekte unsichtbar macht.

Erste Schritte in diese Richtung haben Forscher in den vergangenen Jahren getan. Mit Hilfe sogenannter Metamaterialien ist es ihnen gelungen, Tarnkappen zu konstruieren, die einfallendes Licht um sich herumlenken können. Allerdings funktionierte das bisher meist nur im zweidimensionalen Raum - oder aber nur für Wellenbereiche, die sich außerhalb des sichtbaren Lichts befinden.

Ein Forscherteam am Karlsruhe Institute of Technology ist nun ein weiterer großer Schritt gelungen: Ihre Tarnvorrichtung versteckt dreidimensionale Objekte - und das in einem Bereich, der sich nahe am sichtbaren Licht befindet.

Die Tarnkappe, die Tolga Ergin und Nicolas Stenger vom Karlsruhe Institute of Technology (KIT) konstruiert haben, ist winzig. Sie misst ganze 10 Mikrometer (Tausendstel Millimeter) in der Höhe, 30 in der Breite und 90 in der Länge. Entstanden ist sie, indem die Forscher einen Fotolack auf ein Glas-Substrat aufgetragen haben. Anschließend haben sie per Laser eine winzige dreidimensionale Struktur herausgearbeitet, die einem Stapel von Holzscheiten ähnelt. Eine Seite des Stapels wurde mit Gold beschichtet - fertig war die Tarnkappe.

"Der Betrachter sieht nur die glatte, spiegelnde Oberfläche"

Auf der goldbeschichteten Seite der Struktur befindet sich eine kleine Einbuchtung. Was immer sich darunter befindet, ist unsichtbar - in einem Wellenbereich, der fast an den vom Menschen sichtbaren Bereich herankommt, schreiben die Forscher im Fachblatt "Science".

"Das ist, als ob man einen Gegenstand unter eine Spiegelfolie legt", sagt Ergin SPIEGEL ONLINE. Normalerweise wird das Licht gestreut, so dass man eine Beule erkennt. Die Tarnvorrichtung aber unterdrückt die Streuung. "Der Betrachter sieht keine Beule, sondern nur die glatte, spiegelnde Oberfläche."

Das allerdings würde voraussetzen, dass der Betrachter - wie manche Tiere - im Infrarotbereich sieht. In die Wellenbereiche, die das menschliche Auge wahrnimmt, sind die Forscher noch nicht vorgedrungen, denn dort geht es um kürzere Wellenlängen.

Metamaterialien können Licht lenken, weil sich auf ihrer Oberfläche bestimmte Nano-Konstrukte wiederholen. Sind die winzigen Strukturen richtig angeordnet, wird das Licht umgeleitet. Dazu müssen die Strukturen allerdings kleiner sein als die Wellenlänge der einfallenden Strahlung. Die bisherigen Versuche sind deshalb vor allem mit Mikrowellenstrahlung gelungen, die über recht große Wellenlängen verfügt und entsprechend große Strukturen erlaubt.

Wettrennen zum Bereich des sichtbaren Lichts

Schwieriger wird es bei sichtbarem Licht, dessen Wellenlängen kleiner sind. Auch die Holzstapel-Struktur, die Ergin und Stenger hergestellt haben, ist dafür noch nicht fein genug. Der Gitterabstand liegt bei 800 Nanometern. "Er müsste rund drei- bis fünfmal kleiner werden, damit die Tarnvorrichtung im Bereich des sichtbaren Lichts funktioniert", sagt Ergin.

Er ist allerdings optimistisch, dass der Laser, der den Fotolack belichtet und so die Stapelstruktur erzeugt, irgendwann fein genug fokussiert werden kann. Eine weitere gute Nachricht für alle, die sich eines Tages unsichtbar machen wollen: Die Karlsruher Tarnkappe kann prinzipiell auch größer gebaut werden.

Derzeit darf das zu versteckende Objekt nicht mehr als 13 mal 30 Mikrometer messen. Doch die Gesetze der Physik stehen einer Vergrößerung der Tarnkappe laut Ergin nicht im Wege. "Das ist ein rein technisches Problem", sagt sein Kollege Stenger. "Wir haben drei Stunden gebraucht, um unsere winzige Struktur herzustellen." Die Konstruktion einer Tarnvorrichtung, die einen Menschen oder noch Größeres verstecken könnte, wäre derzeit eine wohl kaum überwindbare technische Hürde.

Die Versuche, dreidimensionale Objekte im sichtbaren Licht zu tarnen, könnten nach Stengers Meinung schon in fünf bis zehn Jahren erfolgreich sein. Ergin ist da ein wenig vorsichtiger: "Prognosen sind schwierig. Manchmal macht die Technologie in kurzer Zeit gewaltige Sprünge, manchmal dauern solche Entwicklungen ewig."