Tarnkappen aus nanostrukturierten Materialien?

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Von nanostrukturierten Materialien erhoffen sich Forscher spannende Einsichten und vielversprechende Entwicklungen im Bereich Photonik. Unter anderem eine optische Tarnkappe.

Der Forschungsverbund „PhoNa“ („Photonische Nanomaterialien“) der Universität Jena sucht das Unsichtbare. Aus diesem Anlass trafen sich zum Abschlusssymposium des Forschungsverbundes renommierte internationale Experten, um über Phänomene zu diskutieren, die es in der realen Welt gar nicht geben dürfte: Tarnkappen. Im Mittelpunkt des Treffens standen die Forschungsergebnisse, die die Wissenschaftler des PhoNa-Verbundes in den zurückliegenden fünf Jahren erarbeitet haben. Konkret um optische Metamaterialien. Solche nanostrukturierten Materialien gehören derzeit zu den vielversprechendsten Entwicklungen im Bereich Photonik.

„Nanostrukturierte Materialien weisen in der Regel völlig andere Eigenschaften auf als natürliche Materialien in kristalliner oder amorpher Form“, erläutert Professor Dr. Thomas Pertsch von der Universität Jena an.. Der Sprecher des Forschungsverbundes „PhoNa“ meint damit auch Eigenschaften, die es in der Natur eigentlich gar nicht gibt: etwa die Fähigkeit, Licht negativ zu brechen oder Gegenstände „unsichtbar“ zu machen.

Optische Tarnkappe

Um solche Materialien herzustellen, werden sehr kleine Strukturen sehr dicht in einer komplizierten Geometrie angeordnet. So lassen sich mittels Elektronenstrahllithographie beispielsweise Goldteilchen in hoch-symmetrische geometrische Anordnungen strukturieren, die natürlicherweise nicht vorkommen. Diese Strukturen sind in der Lage, mit elektromagnetischer Strahlung auf völlig neue, in der Natur sonst nicht anzutreffende, Art zu wechselwirken. Solche Metamaterialien lassen sich etwa in Solarzellen oder als „optische Tarnkappe“ nutzen, aber auch zur Entwicklung neuer hochauflösender Mikroskope. Auch in der Mikroelektronik oder der bioanalytischen Sensorik ergibt sich eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten.

„PhoNa“ ist eine nationale Forschungsinitiative zu Photonischen Nanomaterialien, in der Physiker, Chemiker, Materialwissenschaftler und Biologen der Universität Jena gemeinsam mit außeruniversitären Forschungseinrichtungen und Industriepartnern zusammenarbeiten. Der Verbund ist in den vergangenen fünf Jahren vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit rund zehn Millionen Euro im Programm „Spitzenforschung und Innovation in den Neuen Ländern“ gefördert worden. Das Thüringer Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Kultur steuerte innerhalb des ProExzellenzprogramms weitere fünf Millionen Euro bei.