Nanowürfel aus Silber schlucken Lichtwellen nach Wunsch

Durham (USA) - Sensoren oder Wärmekameras funktionieren umso besser, je effektiver sie von störenden Lichtwellen abgeschirmt werden. Für diese Zwecke entwickelten nun amerikanische Wissenschaftler eine Absorber-Fläche, die nun die gewünschten Lichtanteile selektiv verschlucken kann. Eine Schlüsselrolle spielten dabei winzige Nanowürfel aus Silber. Bisher wurden dazu meist schon bekannte Elemente oder Verbindungen ausgewählt, deren Absorbtionsvermögen in etwa den jeweiligen Anforderungen entsprach. Die neue Klasse von Metamaterialien, über die die Forscher in der Zeitschrift „Nature“ berichten, könnte die aufwendige Suche nach passenden Lichtfiltern überflüssig machen, da sie sich prinzipiell passend für jede Anwendung künstlich herstellen lassen.

„Solche Metamaterialien für die Absorbtion von infraroten oder sichtbaren Lichtwellen wurden bisher aus Metallen mit lithografischen Methoden gefertigt“, erläutern David Smith und seine Kollegen von der Duke University in Durham. Einfacher und schneller erreichten die Forscher dieses Ziel nun mit Nanowürfeln aus Silber, die sich selbstständig auf einer Oberfläche absetzen konnten. Über die Größe der Nanowürfel konnte die Wellenlänge des zu verschluckenden Lichts eingestellt werden. Ebenso wirkte sich die Dicke einer isolierenden dielektrischen Kunststoffschicht aus, die die Nanowürfel von ihrer hauchdünnen Unterlage aus Gold trennte.

Absorbtionsversuche mit Nanowürfeln, die alle eine Kantenlänge von 74 Millionstel Millimetern hatten, belegten das kontrollierbare Verschlucken von Lichtwellen. Je dicker die Kunststofftrennschicht war, desto mehr verschob sich das Maximum der Lichtabsorbtion zu größeren Wellenlängen. Allein über diesen Parameter ließen sich Absorberflächen fast für den gesamten sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums bis hin zum Infraroten anpassen.

In weiteren Versuchen können die Forscher nun mit Nanowürfeln verschiedener Größe - jeweils kombiniert mit Trennschichten variabler Dicke - das Potenzial ihrer selektiven Lichtschlucker weiter ausloten. Sobald sie über ein Rezeptbuch für alle relevanten Wellenlängen des Lichts verfügen, locken zahlreiche Anwendungen. Thermokameras ließen sich besser vor Wärmestrahlung abschirmen oder die Stromausbeuten spezieller Photovoltaik-Module über eine Blockade störender Lichtanteile weiter steigern.