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Grafische Darstellung des Wirkungsprinzips der neuen Tarnkappentechnologie: Ein Material mit inneren Unregelmäßigkeiten streut einen einfallenden Lichtstrahl in alle Richtungen (Abb. l.). Von oben wird das Material mit einem ganz bestimmten Muster beleuchtet, dadurch kann die Welle von links das Objekt ungestört durchdringen. (Abb. r.).
Wien (Österreich) - Dem Traum von der Tarnkappe, mit der Objekte unsichtbar gemacht werden können, wollen Wiener Physiker ein gutes Stück näher gekommen sein. Der neue Ansatz für Tarnkappen-Technologien funktioniert bereits in der Theorie und in Computersimulationen - und soll bald auch schon in der Realität getestet werden.

"Ein vollständig undurchsichtiges Material wird von oben oder unten mit einem ganz bestimmten Wellenmuster bestrahlt - und das führt dazu, dass Lichtwellen von links nach rechts völlig ungehindert durch das Material dringen können", so beschreibt die Pressemitteilung der Technischen Universität Wien das Resultat der Forschungen, die ganz neue Möglichkeiten für aktive Tarnung eröffnen soll. "Das Prinzip ist für ganz unterschiedliche Arten von Wellen anwendbar - nicht nur für Licht, sondern etwa auch für Schallwellen."

"Komplizierte Materialien wie etwa ein Stück Würfelzucker sind undurchsichtig, weil die Lichtwellen in ihnen unzählige Male abgelenkt und gestreut werden", erklärt Prof. Stefan Rotter vom Institut für Theoretische Physik der TU Wien, der gemeinsam mit Kollegen aus Griechenland und den USA die neue Technologie erforscht. "Das Licht kann zwar eindringen und irgendwo wieder herauskommen, aber die Lichtwelle kann sich nicht geradlinig durch das Medium hindurchbewegen. Stattdessen wird sie chaotisch in alle Richtungen gestreut."

Durch die Streuung dieser beschriebenen Wellen sind Wissenschaftler schon seit Jahren bemüht, eine Art "Tarnkappe" herzustellen. Ansätze hierzu waren bislang hauptsächlich spezielle Materialien, die bestimmte Lichtwellen außen um sich herumleiten. Auf diese Weise ist es Forschern denn auch tatsächlich bereits gelungen, Objekte - etwa einen Bildschirm, der nach vorne genau das Licht aussendet, das er auf der Rückseite absorbiert - für den Betrachter geradezu unsichtbar zu machen. Allerdings nur dann, wen dieses Objekt aus dem Richtigen Blickwinkel betrachtet wird.

Die Wiener Wissenschaftler versuchten jedoch, das Problem grundlegender zu lösen, in dem sie die Lichtwelle nicht um das Objekt herumleiten oder mit Zusatz-Displays wiederherstellen, sondern die ursprüngliche Lichtwelle auf geradem Weg durch das Objekt steuern. "So als wäre das Objekt gar nicht da", erläutert Andre Brandstötter, ein Mitautor der aktuell im Fachjournal Light: Science & Applications (DOI: 10.1038/lsa.2017.35) veröffentlichten Studie. Tatsächlich sei genau dies mit bestimmten Materialien und der von den Forschern entwickelten Wellentechnologie möglich.

Schon seit längerer Zeit erforschen die Wiener Wissenschaftler optisch aktive Materialien, wie sie u.a. auch zur Herstellung von Lasern verwendet werden und erläutern dazu: "Damit ein Laser zu leuchten beginnt, muss ihm in Form von Licht Energie zugeführt werden. Tut man das nicht, verhält sich das Laser-Material wie die meisten anderen auch: Es absorbiert einen Teil des einfallenden Lichts."

"Der entscheidende Trick ist, dem Material punktgenau Energie zuzuführen und an anderen Stellen Absorption zu erlauben", erklärt Prof. Konstantinos Makris. "Von oben wird genau das richtige Punktmuster auf das Material gestrahlt - wie durch einen gewöhnlichen Videoprojektor, allerdings mit sehr hoher Auflösung."

Passt dieses Muster dann genau zu den inneren Unregelmäßigkeiten im Material, an denen normalerweise das Licht gestreut wird, kann man durch das von oben zugeführte Licht die Streuung praktisch ausschalten und ein Lichtstrahl kann von links nach rechts völlig ungehindert und verlustfrei durch das Material gelangen.

Jedes Objekt, das unsichtbar gemacht werden soll muss demnach mit einem eigenen Punktmuster bestrahlt werden - abhängig von der mikroskopischen Streuung in seinem Inneren. Die Autoren der Studie haben dazu nun eine Methode entwickelt, für ein beliebiges, zufällig streuendes Objekt genau das richtige Bestrahlungs-Punktmuster zu errechnen.

Bislang konnte die Wirksamkeit der neun Methode bereits mittels Computersimulationen erfolgreich getestet werden. In nächsten Schritten soll die Idee nun auch experimentell umgesetzt werden. Schon jetzt zeigt sich Stefan Rotter zuversichtlich: "Wir sind bereits im Gespräch mit experimentellen Forschungsgruppen, mit denen wir das technisch umsetzen möchten. In einem ersten Schritt ist es wahrscheinlich einfacher mit Schallwellen anstatt mit Licht zu arbeiten - aus mathematischer Sicht spielt dieser Unterschied keine erhebliche Rolle."