Was ist das eigentlich?
Ganz einfach gesagt: Metamaterialien sind Materialien die künstlich hergestellt werden und sich anders verhalten als natürliche Stoffe wenn es um Wellenlängen und Felder geht. Bei dem letzten Punkt klingt es kompliziert, ist aber nicht schwer. Sowohl unser sichtbares Licht, als auch Funk, Schall oder Mikrowellen, sind alles Wellen in verschiedenen Wellenlängen. Nehmen wir an wir könnten Materialien herstellen die bestimmte Wellenlängen genau so leiten oder brechen wie wir uns das wünschen. Tadaa, Metamaterial mit ganz neuen Möglichkeiten.
In der Forschung sind viele Anwendungen denkbar. Das geht bis hin zu Tarnkappen. Wenn wir ein Material entwickeln das sichtbares Licht nicht einfach reflektiert oder diffundiert, sondern gezielt ableitet. Im besten Fall um das betreffende Objekt herum. Dann haben wir ein Material das Objekte verstecken kann, also unsichtbar macht. Klingt wie Science-Fiction? Nein, das wird konkret erforscht.
Wie funktioniert das?
Erreicht wird der Effekt durch den Aufbau winziger Strukturen die klein genug sind um mit den Wellenlängen zu interagieren die man beeinflussen möchte. Im Grunde werden kleine Bausteine erstellt die sich zum Beispiel auf der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes befinden. Aus diesen kleinen Bausteinen erstellt man große Strukturen die dann den gewünschten Effekt auf das sichtbare Licht haben. Ganz vereinfacht gesagt.
Denkbar sind auf diesem Wege fast alle möglichen Formen der Interaktion. Blockieren bestimmter Wellenlängen, Umleitung bestimmter Wellenlängen, Durchlass bestimmter Wellenlängen. Das Problem ist eigentlich nur die kleinen Bausteine zu konstruieren. Da diese sich in Ihrer Größe im Bereich der Wellenlänge bewegen, sprechen wir hier von Größenordnungen wie Nanometer. Erreicht werden die bisher erfolgten Umsetzungen mit Hilfe von 3D-Druckern und Lasern. Die wesentliche Herausforderung in der Zukunft dürfte also die Erzeugung und Manipulation von derart kleinen und noch kleineren Strukturen sein.
Gibt es das schon?
Ja. Im Bereich Schall und Satteliten-Empfang gibt es konkrete Ideen. Die Bahn hat verkündet eine Lärmschutzwand einführen zu wollen die durchsichtig ist und trotzdem den Schall schluckt, möglich erst durch die Verwendung der Metamaterialien. Es gibt auch bereits Antennen die durch Veränderung ihrer Oberfläche ausgerichtet werden können. Es ist also kein physisches ausrichten der Antenne mehr nötig, sondern eine Software kann die optimale Empfangsrichtung der Antenne durch Änderung der Eigenschaften des Metamaterials anpassen. Die bereits erwähnte Forschung zu sichtbarem Licht findet zum Beispiel im militärischen Bereich statt. Bei Wellenlängen im Radarbereich lassen sich hier leicht weitere Anwendungsfälle entwickeln.
Welche Möglichkeiten dabei eröffnet werden lässt sich an Beispielen aus dem Bereich Bildschirm erahnen. Wenn wir die neuesten Entwürfe zu kabellosen und transparenten OLEDs sehen. Das sind erstmal transparente Displays bei denen bei Einsatz als Bildschirm eine schwarze Leinwand hinter dem Bildschirm eingesetzt wird. Wenn wir diese Technik mit Metamaterial kombinieren wird einiges möglich. Wozu noch eine Wand im Wohnzimmer für den Fernseher blockieren, wenn meine Fensterfront in der Lage ist ihren Zustand fließend zu verändern? Von einem durchsichtigen Fenster über gedimmt und halbdurchlässigen Sonnenschutz bis hin zu einer Bildschirmleinwand?
Ja, jetzt erinnert uns das Ganze doch wieder an den ein oder anderen Science-Fiction-Film. Aber einen von dem wir wissen das diese Technologie real werden kann. Und theoretisch könnte die Bahn dann auch Lärmschutzwände bauen bei denen die Gleise gar nicht mehr sichtbar sind.
https://de.wikipedia.org/wiki/Metamaterial
https://www.heise.de/news/MetaWindow-Laermschutz-an-Gleisen-wird-durchsichtig-9719604.html
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