08.12.2010

Illusion eines verschlossenenen Durchgangs

Metamaterialien in Tunnelwänden ermöglichen das Verstecken des Durchgangs.

Metamaterialien in Tunnelwänden ermöglichen das Verstecken des Durchgangs.

Seit ersten Ideen und Experimenten arbeiten Wissenschaftler weltweit mit Hochdruck an der Weiterentwicklung von Metamaterialien. Neben perfekten Linsen ermöglichen Dielektrika mit negativem Brechungsindex auch die Tarnung von Objekten vor elektromagnetischer Strahlung. Chinesische Wissenschaftler haben nun einen Tunnel durch eine Wand auf diese Weise vor Beobachtung versteckt. Sie erzeugten die „Illusion“ einer Wand, ohne die geometrische Struktur dieser Situation ändern zu müssen – keinerlei „Vorhang“ musste vor die Öffnung gehalten werden.

Aus ihren Simulationen zeigte sich, dass das Auffüllen einer Aussparung in der Tunnelwand mit einem geeigneten Metamaterial zum gewünschten Ergebnis führt. Durch die negative Permeabilität μ und negative Permittivität ε der Tunnelwände erscheint nach Wechselwirkung der Wellen mit ihnen der Durchgang für Wellen in einem bestimmten Frequenzbereich verschlossen. Neben Simulationen dieses Aufbaus nutzten die Forscher ein Modellsystem aus elektromagnetischen Schwingkreisen um diesen Sachverhalt zu demonstrieren. Diese periodisch angeordneten L-C-Schwingkreisen gehorchen den Maxwell-Gleichungen und verhalten sich effektiv wie Dielektrika bei niedrigen Frequenzen.

Abb.: Die Feldverteilung bei Emission von einer Quelle vor dem Tunnel zeigt, dass keine Energie auf der anderen Seite des Tunnels abgestrahlt wird (oben links). Mit zunehmenden Verlusten (oben rechts, unten links) erhöht sich die Transmission. Unten rechts ist gezeigt, wie sich die Propagation durch den Tunnel im Falle „gewöhnlichen“ Wandmaterials verhalten würde. (Bild: C. Li et al., Phys. Rev. Lett 105, 233906 (2010), 2010 by the American Physical Society)

Damit ist noch keine Tarnvorrichtung für optische Wellenlängen geschaffen, aber für Wellen mit Frequenzen für ca. 50 MHz (bei einer Breite des Frequenzfensters von ca. 15 MHz). Basierend auf diesem Prinzip lassen sich Öffnungen verstecken, allein durch die entsprechende Auswahl von Materialien für die Tunnelwände. Weitere „Tarnmäntel“ vor der Öffnung sind nicht nötig.

KK

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