Flexibles Metamaterial als Mikrowellen-Tarnkappe

Mit symmetrisch strukturierten, aber starren Metamaterilien können Tarnkappen für verschiedene Wellenlängenbereich gefertigt werden. Nun kommen koreanische Physiker mit einem neuen, flexiblen Material einem Tarnmantel, der sich an das zu versteckende Objekt anpasst, einen großen Schritt näher. In einem grundlegenden Experiment zeigten sie, wie nun ein kleines Metallstück, das mehr oder weniger tief in den flexiblen Tarnmantel eindrückte, für Mikrowellen unsichtbar wurde.

„Die Tarnkappe aus einem elastischen Metamaterial passte sich an jede Veränderung der Form und Größe des Objektes an“, sagt Kyoungsik Kim von der Yonsei University in Seoul. Zusammen mit seinen Kollegen fertigte er die Tarnkappe aus einem elastischen Silikon-Werkstoff. Allerdings war der wenige Zentimeter große Silikonblock nicht massiv, sondern in viele symmetrisch angeordnete, luftgefüllte Zylinderkammern mit etwa einem Zentimeter Durchmesser unterteilt. Diese Anordnung führte dazu, dass Mikrowellen über einen weiten Frequenzbereich genauso um eine metallische Probe herumgeführt wurden, als ob sie überhaupt nicht vorhanden wäre.

Drückte nun das Metallstück in das Silikon-Netzwerk ein, verformten sich die kleinen Kammern. Eigentlich wird der Tarnkappeneffekt durch diese Formänderung empfindlich gestört. Doch durch die geschickte Anordnung von zwei dreickeckigen Regionen innerhalb des Metamaterials blieb die Abschirmung der Mikrowellen in einem Frequenzbereich zwischen zehn und zwölf Gigahertz vollkommen intakt. So war es egal, ob das Metallstück drei oder acht Millimeter in das Silikon-Netzwerk eindrückte. Es blieb für Mikrowellen unsichtbar. Verantwortlich dafür machten die Forscher die besonderen optischen Eigenschaften der dielektrischen Silikonmasse und der Luft in den kleinen Kammern.

Von einer praktischen Anwendung ist diese Tarnkappe jedoch weit entfernt. Aber in weiteren Versuche könnte dieses Prinzip flexibler Metamaterialien mit einer verformbaren Wabenstruktur auch zur Tarnung größerer Objekte genutzt werden. Zudemwäre möglich, diese Idee für elastische Tarnkappen auch auf das sichtbare Lichtspektrum auszuweiten. Die rasante Entwicklung starrer Tarnkappen in den vergangenen Jahren hat eindrucksvoll belegt, wie schnell die optischen Eigenschaften von Metamaterialien von Mikrowellen ausgehend sich auf andere Frequenzbereich im elektromagnetischen Spektrum erweitern ließ. „Zudem sind diese hybriden, elastoelektromagnetischen Metamaterialien nicht auf Tarnkappen beschränkt, sondern können zu verschiedensten Modulen in der Optik führen“, sagt Kim.

Jan Oliver Löfken

OD