Metamaterial

Seminar: NanotechnologieDozent: Prof. Dr. Volker Buck

Referent: Sebastian Buder

Inhalt

Snelliussches Brechungsgesetz Transmission I - Mikrowelle Transmission II - rotes Laserlicht Transmission II - kaum begrenztes

Spektrum Transmission IV - Nanoteppich

Snelliussches Brechungsgesetz

Brechzahl =

Vakuumlichtgeschwindigkeit

pro Mediumslichtgeschwindigkeit

Außerdem (geometrisch):

und

Woraus sich ergibt:

0

1

cn

c=

11s in ( )

´A B

ld = 22s in ( )

´A B

ld = 1 1

2 2

s in ( )

s in ( )

d ld l

Þ =

( )1 12

2

s ina rc s in

n

n

dd

×æ ö= ç ÷

è ø

Metamaterial Wiktor Wesselago, Theorie 1968 Motivation:

negative Brechzahlen annähernd vollständige Transmission

von elektromagnetischen Wellen

Transmission

Umlenkung des Lichtes um Gegenstand herum

Licht wieder in Einfallsrichtung weiterleiten

Stoffe mit diesen Eigenschaften nicht in der Natur existent

Zusammenhang zwischen Brechzahl und Dielektrizitätskonstante und magnetischer Permeabilität

Transmission

Transmission

Transmission I

David Smith, Duke University, Dunham

3 mm große, quadratische, geschlitzte Kupferringe

auf Duroidstreifen daraus: 10 Reifen mit Durchmessern

6 – 12 cm Durchmesser Konzentrisch, 1 mm Abstand

Transmission I

David Smith, Duke University, Dunham

Transmission: Mikrowellenstrahlung,

9 Ghz Wellenlänge: 3 cm

→ Metamaterial erscheint als homogene Substanz

Transmission I

David Smith, Duke University, Dunham

Kupferstab, massiv unverhüllt: deutlicher Schatten verhüllt: Reflexion um Stab herum,

Schattenbildung stark reduziert

Aber: elektrische Verluste im Metamaterial, Intensität der Mikrowellenstrahlung abeschwächt

„Unsichtbar“ für Mikrowellen...

Was ist mit „wirklicher“ Unsichtbarkeit???

Transmission II

Martin Wegener, Universität Karlsruhe

Quadratische Gitterstruktur auf Glasplättchen

100 nm große Löcher 70 nm breite Stege aus zwei übereinander

liegenden, 40 nm dicken Silberschichten Dazwischen: 17 nm

Magnesiumflouridschicht

Transmission II

Martin Wegener, Universität Karlsruhe

Sandwichstruktur für magnetische, Silberstege für elektrische Resonanz

Transmission II

Martin Wegener, Universität Karlsruhe

Positiver Brechungsindex: Verringerte Lichtgeschwindigkeit, Phase

und Puls Negativer Brechungsindex:

Beschleunigte Lichtgeschwindigkeit, Phase und Puls

→ messbar mittels Interferrometer

Transmission II

Martin Wegener, Universität Karlsruhe

Allerdings nicht direkt nachweisbar: Nur bei senkrecht auftreffendem Licht Nicht für kleinere Wellenlängen

(Absorbtion in Silberstrukturen)

Transmission III

David Smith, Duke University, Dunham Zusammen mit US-Luftwaffe und chinesischer

Akademie der Wissenschaften

50,8 cm lang, 10 cm breit, 2,5 cm dick 10000 parallel ausgerichtete Glasfaserstücke 6000 einzigartig geformt Computerberechneter Algorithmus

→ fast unbegrenztes Wellenspektrum

→ nur geringer Winkel

Transmission IV

Xiang Zhang, Berkley Lab, UC Berkley

Dielektrische Materialien „Nanoteppich“

3,8 μm mal 400 nm (aufwärtsskalierbar) Objekt unter Teppich Oberfläche erscheint flach Naher Infrarotbereich

(Aussichten auf sichtbares Licht)

Utopie?!?

Endliche Größe der Metamaterialzelle Verluste Dispersion etc...