2023 Autor: Luccile Osborne | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-22 02:10
Materialien, die das Licht auf unnatürliche Weise biegen, werden oft als Weg zu futuristischen Technologien wie Tarnvorrichtungen und leistungsstarken Linsen angepriesen. Solche Materialien sind schwer herzustellen, aber Wissenschaftler haben jetzt einen einfacheren Weg gefunden, Elektronen zu verwenden.
An der School of Engineering and Applied Sciences der Harvard University zeigte ein Forscherteam unter der Leitung von Hosang Yoon und Donhee Ham, dass sie mit gewöhnlichen Halbleitern und der Beschränkung von Elektronen auf eine zweidimensionale Ebene ein Material mit einem sogenannten negativen Brechungsindex herstellen können, der sich biegt Radio winkt "falsch" und das hundertmal besser als andere Methoden.
Ein Brechungsindex ist ein Maß dafür, wie stark ein Material Licht biegt. Ein Index von 1 bedeutet überhaupt keine Biegung. Diamanten haben diesen schönen Prismeneffekt, weil sie einen Index von ungefähr 2,42 haben, während Luft das Licht kaum biegt.
Licht - und dazu gehören auch Radiowellen - biegt sich, weil es sich auf seinem Weg durch etwas anderes als ein Vakuum verlangsamt. Die meisten Materialien haben immer einen positiven Brechungsindex. Das heißt, wenn sich Licht einem dichteren Material mit höherem Index von einem Material mit niedrigerem Index nähert, wird es nach rechts gebogen, wenn sich das dichtere Material auf derselben Seite befindet.
Dies alles ändert sich, wenn das Material einen negativen Index hat - wie es Metamaterialien tun. In diesem Fall wäre die Biegung nach links. Ein Objekt, das von einem Metamaterial umgeben ist, würde das Licht von ihm weg streuen und es unsichtbar machen.
Das Radiowellen-Metamaterial des Harvard-Teams selbst macht Sie nicht unsichtbar, aber es könnte verwendet werden, um eine Art "Superlinse" für Radiowellen zu erzeugen und Signale zu verstärken. Oder es könnte Radar von einem Ziel ablenken.
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Die Forscher stellten einen Mikrometer breiten Streifen aus Aluminium-Gallium-Arsenid (einem gemeinsamen Halbleiter) parallel zueinander auf. Anschließend kühlten sie das Gerät auf einige Grad über dem absoluten Nullpunkt ab und ließen einen Strom durch das Gerät fließen, während gleichzeitig ein elektrisches Feld an ein Ende angelegt wurde.
Das elektrische Feld beschleunigt die Elektronen in einem der Streifen. Diese beschleunigenden Elektronen koppeln mit denen im Streifen daneben und so weiter. Das erzeugt einen Effekt wie Menschen in einem Stadion, die die Welle machen - die Elektronen bewegen sich nicht, aber sie koppeln mit anderen.
Dies unterscheidet sich von anderen Methoden zur Kopplung von Elektronen, die Magnetfelder verwenden. In diesem Fall handelt es sich um ein elektrisches Feld, und die Kopplung beruht auf der Beschleunigung der Elektronen selbst, einem Phänomen, das als kinetische Induktivität bezeichnet wird.
Yoon und Ham feuerten dann einen Mikrowellenstrahl mit Frequenzen von 1-50 Gigahertz auf die beschleunigenden Elektronen ab. Sie fanden heraus, dass der Strahl "falsch" gebrochen wurde, mit einem Brechungsindex von bis zu -700. Zum Vergleich hat Diamant, eines der brechendsten Materialien, die für sichtbares Licht bekannt sind, einen Index von 2,42. Die meisten bisher entwickelten Metamaterialien haben Indizes zwischen -1 und -5.
Ham sagte gegenüber InnovationNewsDaily, dass die Elektronenwelle ein Schlüsselelement des Effekts ist. Das an die Streifen angelegte elektrische Feld erzeugt eine effektive Welle mit einer bestimmten Frequenz, sodass die Elektronen Radiowellen in einem bestimmten Bereich brechen. Dieser Bereich kann jedoch durch einfaches Anheben oder Absenken der Feldfrequenz eingestellt werden.
Dieses System würde für sichtbares Licht nicht funktionieren, da die verwendeten Halbleiter nicht transparent sind. Die Technologie führt also nicht zur Schaffung von Unsichtbarkeitsmänteln. Das heißt aber nicht, dass es später nicht mehr möglich sein wird.
Laut Ham sollen künftige Experimente belegen, dass das Gerät mit höheren Frequenzen im Terahertz- und Ferninfrarotbereich arbeitet.
Bild mit freundlicher Genehmigung von Flickr, buttersüß
Dieser Artikel wurde ursprünglich bei InnovationNewsDaily hier veröffentlicht
