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Wie man einen Regenbogen fängt

26.02.2013

Ingenieure der University of Buffalo haben die effizienteste Methode entwickelt, um einen Regenbogen einzufangen. Das ist eine große Errungenschaft der Photonik, die wiederum zu weiteren technologischen Durchbrüchen führen kann – in der Solarenergie, in Stealth-Technologien und in anderen Forschungsgebieten. Dr. Kua-kuang Gan, Assistenzprofessor für Elektrotechnik an der UB, und sein Team von Doktoranden beschrieben ihre Arbeit in einem Artikel, der im Februar in der Online-Zeitschrift Science Reports veröffentlicht wurde.

Sie haben einen „hyperbolischen Metamaterial-Wellenleiter“ entwickelt, der im Wesentlichen ein hochmoderner Mikrochip ist, der aus alternativen ultradünnen Filmen aus Metallen und Halbleitern besteht. Was ist die Essenz der Regenbogenfalle? Um es einzufangen, müssen Sie Licht in den Wellenleiter schicken, der sich so stark verengt, dass er aufhört und schließlich das Licht absorbiert, das das Loch weniger als eine Wellenlänge nicht passieren konnte.

„Elektromagnetische Absorber werden seit vielen Jahren aktiv untersucht, insbesondere für Anwendungen in militärischen Radarsystemen", sagte Gan. „Forscher entwickeln jetzt kompakte Lichtabsorber auf der Basis von optisch dicken Halbleitern und Kohlenstoffnanoröhren. Es ist jedoch immer noch schwierig, das Ideal zu verwirklichen Absorber in ultradünnen Filmen mit abstimmbarer Absorptionsbande. Wir konnten jedoch solche Filme entwickeln."

Bei ihren ersten Versuchen, das Licht zu verlangsamen, setzten die Forscher auf kryogene Gase. Aber da sie sehr kalt sind – etwa 240 Grad unter Null Fahrenheit – ist es schwierig, mit ihnen außerhalb des Labors zu arbeiten. Wellenleiter aus hyperbolischen Metamaterialien lösen dieses Problem, weil sie einfallendes Licht effektiv über große Flächen sammeln können. Sie werden als künstliche Medien mit Subwellenlängenmerkmalen bezeichnet, deren hyperboloide Oberfläche es ermöglicht, Licht in einem breiten Wellenlängenbereich einzufangen - sichtbares, nahes Infrarot, mittleres Infrarot, Terahertz und Mikrowelle. Sie haben ein sehr breites Spektrum.

Beispielsweise gibt es in der Elektronik ein Phänomen, das als Übersprechen bekannt ist, bei dem ein Signal, das in einem Schaltkreis oder Kanal übertragen wird, einen unerwünschten Effekt in einem anderen Schaltkreis erzeugt. Der beschriebene Absorberchip kann dies potenziell verhindern. Der eingebaute Absorber kann in Sonnenkollektoren und anderen Energiegeräten verwendet werden. Sie sind besonders nützlich, um Wärme nach Sonnenuntergang zu recyceln.

Und für das Militär ist es besonders wichtig, diese Chips für die Stealth-Technologie zu verwenden, in Materialien, die Flugzeuge, Schiffe und andere Ausrüstung für Radar und Sonar unsichtbar machen. Da Sie mit den Chips Strahlung verschiedener Wellenlängen absorbieren können, können sie als Beschichtungsmaterial verwendet werden, um die Tarnung zu erhöhen.

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