Künstliche Manipulation des Lichts
Die einzigartigen Eigenschaften von Metamaterialien sind darauf zurückzuführen, dass sie in Größenordnungen, die weit unter den Wellenlängen des sie durchdringenden Lichts liegen, sich periodisch wiederholende Muster aufweisen. Für Anwendungen im Mikrowellenbereich (Wellenlängen in der Größenordnung zwischen einem und 100 Zentimetern) steht die Markteinführung bevor. Die Herstellung von Objekten im sichtbaren Bereich (Strukturen im Nanometerbereich), etwa Tarnkappen, stellt eine große Herausforderung dar. Für das Projekt "Nanochemistry and self-assembly routes to metamaterials for visible light" (METACHEM) arbeiteten EU-finanzierte Wissenschaftler der Bereiche Nanochemie, Selbstanordnung und Materialien erstmals an einem gemeinsamen Vorhaben)) . Das Ziel war die Schaffung einer einfachen, kostengünstigen Herstellungsalternative zur Nanolithographie. Auch verwandten die Mitarbeiter viele Mühen darauf, jene Messmethoden zu entwickeln, die für den Nachweis der Konzepttauglichkeit nötig sind. Das Team entwarf und synthetisierte maßgeschneiderte Nanopartikel als optische plasmonische Nanoresonatoren. Bei diesen handelt es sich um plasmonbasierte Strukturen, die die kohärenten beschränkten Schwingungen von Elektronen und Licht auf metallischer Oberfläche ausnutzen. Durch Selbstanordnung organisierten sie sich in dichte, hochstrukturierte zwei- oder dreidimensionale Netzwerke. Plasmonische Metamaterialien konnten aufgrund der optischen Dämpfung bislang nur schwer erforscht werden. Die Wissenschaftler nahmen sich dieses Problems auf herkömmliche Weise an, nämlich, indem sie laseraktive Medien verwendeten, mit denen der Dämpfungseffekt ausgeglichen wird. Zu einer Reihe vorgeschlagener Anwendungen gehörten hochentwickelte Sensoren, plasmonische Nanoreaktoren und Metamaterialien mit Brechungsindizes, wie sie noch nicht in der Natur beobachtet wurden. Das erworbene Wissen und die Projektergebnisse wurden über die Projektwebsite, einen Schulungsworkshop, die Teilnahme an internationalen Konferenzen und zahlreiche Broschüren publik gemacht. Die Projektpartner nahmen auch an der jüngsten, von ihnen organisierten internationalen Konferenz zu Metamaterialien im Jahr 2013 sowie an einem Nachbereitungskurs für Doktoranden teil. Dank METACHEM konnten rasante Fortschritte hin zur Nutzung plasmonischer Materialien gemacht werden. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass die Herstellung von Metamaterialien durch kostengünstige, auf unterster Ebene stattfindende Selbstanordnung erfolgen kann. Indem es sich der Effizienzsteigerung durch Ausgleich des Dämpfungsfaktors annahm, befasste sich das Team mit einer der größten Barrieren für wirtschaftliche Anwendungen. Schließlich konnte gezeigt werden, welches Potenzial die Fortschritte für die Herstellung von Sensorkomponenten, nanochemischen Reaktoren, elektromagnetischen Gerätschaften und vielen weiteren Anwendungen bergen, dank derer sich spannende neue Forschungswege eröffnen.
Schlüsselbegriffe
Metamaterialien, sichtbar, Herstellung, Selbstanordnung, Nanolithografie, plasmonisch, Dämpfung, laseraktiv
