Der Tarnmantel ist ein alter Traum der Menschheit. Neu entwickelte Materialien bringen seine Verwirklichung näher. Die Entwicklung von Metamaterialien – also künstlichen Materialien mit maßgeschneiderten elektromagnetischen Eigenschaften – lässt viele für die Technik hoch interessante physikalische Spezialeffekte erwarten. So können sie etwa negative Brechungsindices für elektromagnetische Wellen möglich machen – was Licht einen falschen Knick verschaffen und ganz neue optische Möglichkeiten eröffnen würde.
Eine davon ist die Entwicklung von Tarnkappensystemen, wie sie für Mikrowellen bereits gelungen ist. Für Mikrowellen stellt die Herstellung spezieller Metamaterialien nach Aussage von Professor Heinz Langhals vom Department Chemie der LMU kein besonderes technologisches Problem dar – im optischen Bereich sind technische Realisierungen aber erheblich schwieriger, weil die Lichtwellenlänge mit nur einem halben Mikrometer wesentlich kleiner ist.
Erste Versuche auf diesem Gebiet erforderten nanotechnologische Methoden mit entsprechend hohem Aufwand. Langhals gelang es nun mit seinem Mitarbeiter Alexander Hofer, Metamaterialien aus organischen Molekülen zu entwickeln, die effizienter hergestellt werden können als entsprechende metallische Leiter und deren Strukturen zudem kleiner und variationsreicher sind. Die für die Metafunktion wichtige Geometrie wird dabei auf chemischem Weg erreicht.
Nach Auskunft von Langhals werden konjugierte Bindungssysteme verwendet. Hier können sich die Elektronen innerhalb von organischen Molekülen frei bewegen. Die erforderlichen elektromagnetischen Resonanzen erreichen die Chemiker durch Chromophore, also den farbgebenden Teil eines Moleküls. Chromophore können elektromagnetische Wellen im sichtbaren Bereich resonant absorbieren. In den neu entwickelten Molekülen befinden sich zwei parallele chromophore Elektronensysteme, die mit einem nichtleitenden Zwischenstück verbunden sind. Diese spezielle räumliche Anordnung verändert die Lichtbrechung der neuen Materialien und ermöglicht neue Effekte. So könnten Metamaterialien Lichtstrahlen um ein Objekt herumleiten und es scheinbar verschwinden lassen, so Langhals. Mit den neuen organischen Metamaterialien ist der optische Tarnmantel zwar noch nicht fertig – aber das nötige Garn ist vorhanden. Das Gewebe fehlt momentan noch, könnte aber möglicherweise durch geeignete flüssigkristalline Strukturen aufgebaut werden.
Weitere Arbeiten zu verbesserten Metamaterialien sind im Gange. Diese Materialien versprechen zahlreiche neue Möglichkeiten, die insbesondere im optischen IT-Bereich vielleicht sogar viel interessanter werden als eine einfache Tarnfunktion, wie z.B. die Entwicklung von hauchdünnen optischen Linsen.
- Chromophores Arranged as ‘Magnetic Meta Atoms’: Building Blocks for Molecular Metamaterials; Heinz Langhals, Alexander Hofer J. Org. Chem., May 2013 DOI: 10.1021/jo4005662
- www.cup.uni-muenchen.de/oc/langhals/index.html
