Ein neues Verfahren kann Kunststoffe transparent oder sogar komplett unsichtbar machen

endgültiger Grenzraum. Das Enterprise-Raumschiff setzt seine Mission zur Erforschung der Galaxie fort, als plötzlich alle Kommunikationskanäle von einem undurchdringlichen Nebel abgeschnitten werden. In mehreren Episoden der beliebten TV-Serie muss die mutige Crew „Tech-Tech“ und „Wissenschaft-Wissenschaft“ innerhalb von nur 45 Minuten Sendezeit ausgeben, um ihre Flucht aus dieser oder einer anderen misslichen Lage zu erleichtern, bevor der Abspann beginnt. Einem Team von Wissenschaftlern der Universität Rostock ist es trotz deutlich mehr Zeit in ihren Laboren gelungen, einen völlig neuen Ansatz zu entwickeln, um Kunststoffe zu konstruieren, die durch fein abgestimmte Energieflüsse optische Signale unverfälscht übertragen können. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in Wissenschaftlicher Fortschritt.

„Wenn Licht in einem inhomogenen Medium gestreut wird, erfährt es eine Streuung. Dieser Effekt verwandelt einen komprimierten, gerichteten Strahl schnell in ein diffuses Leuchten, das wir alle sowohl von Sommerwolken als auch von Herbstnebeln kennen“, sagt Professor Alexander Smit vom Institut für Physik an der Universität Rostock beschreibt für sein Team die Ausgangslage. Insbesondere ist es die mikroskopische Verteilung der Dichte des Materials, die die Streueigenschaften bestimmt. Smit weiter: „Die Grundidee der induzierten Transparenz besteht darin, sich eine weniger bekannte optische Eigenschaft zunutze zu machen, um sozusagen den Weg eines Pakets freizumachen.“

Diese zweite Eigenschaft, in der Photonik unter dem obskuren Titel „Nichthermitizität“ bekannt, beschreibt den Energiefluss, oder genauer gesagt, verstärken und das Licht verdünnen. Intuitiv mögen die begleitenden Effekte unerwünscht erscheinen – insbesondere das Ausbleichen des Lichtstrahls aufgrund von Absorption kann sehr kontraproduktiv für die Aufgabe sein, die Signalübertragung zu verbessern. Nicht-hierarchische Effekte sind jedoch zu einem wichtigen Aspekt der modernen Optik geworden, und ein ganzes Forschungsgebiet strebt danach, das komplexe Zusammenspiel von Verlusten und Verstärkungen für fortschrittliche Funktionen nutzbar zu machen.

„Dieser Ansatz eröffnet ganz neue Möglichkeiten“, sagt Doktorandin Andrea Steinforth, Erstautorin der Arbeit. In Bezug auf den Lichtstrahl wird es möglich, bestimmte Teile von a zu verstärken oder zu löschen Paket Auf mikroskopischer Ebene, um dem Beginn einer Verschlechterung entgegenzuwirken. Um im Nebelbild zu bleiben, können die lichtstreuenden Eigenschaften vollständig unterdrückt werden. „Wir arbeiten aktiv daran, ein Material zu modifizieren, um es für die bestmögliche Übertragung eines bestimmten Lichtsignals anzupassen“, erklärt Steinforth. „Dazu muss der Energiefluss genau gesteuert werden, damit er sich wie Puzzleteile in die Materie einfügt und signalisiert.“ In enger Zusammenarbeit mit Partnern der TU Wien haben sich Rostocker Forscherinnen und Forscher dieser Herausforderung erfolgreich gestellt. In ihren Experimenten konnten sie die mikroskopischen Wechselwirkungen von nachstellen und beobachten Lichtsignale Mit seinen neu entwickelten Aktivmaterialien in kilometerlangen Glasfasernetzen.

Tatsächlich ist induzierte Transparenz nur eine der faszinierenden Möglichkeiten, die sich aus diesen Erkenntnissen ergeben. Wenn ein Objekt wirklich verschwinden sollte, sollte es verhindert werden Streuung nicht genug. Stattdessen sollen hinter ihnen völlig ungestört Lichtwellen erscheinen. Aber selbst im Vakuum des Weltraums sorgt allein die Beugung dafür, dass jedes Signal unweigerlich seine Form ändert. „Unsere Forschung liefert ein Rezept, um eine Substanz so zu strukturieren, dass Lichtstrahlen passieren, als ob weder die Substanz noch die Raumregion, die sie einnimmt, vorhanden wäre. Nicht einmal Romulans illusorische Tarnvorrichtungen können das tun“, Co-Autor Dr. Matthias Heinrich, Rückkehr an die letzte Grenze von Star Trek.

Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse stellen einen Durchbruch in der Grundlagenforschung zur nichthermetischen Photonik dar und liefern neue Methoden zur effektiven Feinabstimmung empfindlicher optischer Systeme, beispielsweise von Sensoren für den medizinischen Einsatz. Weitere potenzielle Anwendungen sind optische Codierung und sichere Datenübertragung sowie die Synthese vielseitiger synthetischer Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften.