Wissenschaft Metamaterial bündelt Funkwellen

Eine Linse aus einem Metamaterial bündelt Funkwellen und soll hochaufgelöste Bilder sehr kleiner Strukturen ermöglichen. Die Linse wurde im 3D-Drucker gefertigt.

Wissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine Linse aus einem Metamaterial entwickelt, mit der sich Radiowellen sehr exakt fokussieren lassen. Damit sollen hochaufgelöste Bilder von sehr kleinen Objekten möglich sein.

Speziallinse aus S-förmigen Zellen (Bild: Dylan Erb/MIT)

Metamaterialien zeichnen sich durch Eigenschaften aus, die in der Natur nicht vorkommen. Forscher um Isaac Ehrenberg haben eines entwickelt, um den Bau einer speziellen Linse für Radiowellen zu ermöglichen. Diese strahlt Radiowellen genau gegenteilig als natürliche Materialien ab .

Fokussieren statt verteilen

Konkave Linsen strahlen Wellen in alle Richtungen ab - nach diesem Prinzip funktioniert beispielsweise ein Lautsprecher. Diese konkave Linse hingegen fokussiert die Wellen auf einen einzigen Punkt. Dieser negative Brechungsindex zeige das Metamaterial im Bereich zwischen 10 und 12 GHz, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift Journal of Applied Physics.

Ihre besondere Eigenschaft bekommt die Linse durch ihre Struktur: Die Linse besteht aus S-förmigen Elementarzellen, die durch ihre Form Funkwellen in eine bestimmte Richtung brechen. Ehrenberg hat seine Linse, die weniger als 500 Gramm wiegt, aus über 4.000 dieser wenige Millimeter großen Zellen konstruiert.

Ehrenberg hat sie in einem 3D-Drucker gefertigt - sie wurde aus einer Polymer-Lösung aufgebaut. Die Struktur wurde anschließend mit Kupfer beschichtet, damit die Linse eine leitfähige Oberfläche bekommt. Die Herstellung sei einfach und ohne Schwierigkeiten reproduzierbar, erklärte er.

Praktisch kein Energieverlust

Ehrenberg vergleicht die Funktionsweise seiner Entwicklung mit der Szene aus dem Star-Wars-Film, als der Todesstern einen Planeten zerstört. Die Laser, die in einer konkaven Mulde sitzen, werden an einem bestimmten Punkt gebündelt. Die Radiowellen, so fanden die Forscher heraus, treffen ebenfalls an einem bestimmten Punkt vor der Linse aufeinander. Gleichzeitig verloren die Wellen praktisch keine Energie, als sie durch das Metamaterial hindurchgingen.

Zwar will der MIT-Forscher seine Entwicklung ebenfalls auf Sterne richten. Aber nicht, um sie zu zerstören: Satelliten könnten mit einer solchen leichten Linse ausgestattet werden, um hochaufgelöste Bilder von weit entfernten Sternen aufzunehmen. Eine andere Möglichkeit liegt darin, Bilder von Molekülen zu machen. Beides geht bisher nur mit großen und teuren Linsen.