Schweizer Technologie: Magische Linse macht Infrarotlicht sichtbar
Physikerinnen der ETH Zürich haben eine ultradünne Linse entwickelt, die die Wellenlänge von eintretendem Licht halbiert. So wird Infrarotlicht sichtbar.
Das Wichtigste in Kürze
- Physikerinnen der ETH Zürich haben winzige Linsen entwickelt.
- Diese können die Wellenlänge des Lichts halbieren.
- Dieser Trick gelingt durch ein spezielles Material und winzige Strukturen.
- Die Linsen könnten als Sicherheitsmerkmal auf Banknoten verwendet werden.
Einem Team von ETH-Forscherinnen ist es gelungen, ultradünne Linsen herzustellen, die infrarotes Licht in sichtbares Licht umwandeln können. Die magische Lichtumwandlung ist möglich, weil die Linsen aus einem besonderen Material bestehen und speziell strukturiert sind.
Es handelt sich um sogenannte Meta-Linsen, die anders funktionieren als herkömmliche Linsen. Sie brechen das Licht nicht durch ihre Krümmung oder eine veränderte Linsendicke. Meta-Linsen sind flach und überall gleich dick. Bei ihnen lenken spezielle Strukturen auf der Oberfläche das Licht ab. Diese Strukturen sind nur wenige hundert Nanometer gross (ein Nanometer entspricht einem Milliardstel Meter). Dadurch können die Linsen stark miniaturisiert werden. Sie können etwa 40-mal dünner sein als ein menschliches Haar.
Die hauchdünnen Linsen bestehen nicht aus Glas, sondern aus Lithiumniobat. Dieses Material wird beispielsweise in der Telekommunikation zur Kopplung von Elektronik und Glasfasern verwendet. Rachel Grange, Professorin am Institut für Quantenelektronik der ETH Zürich, erforscht die Fabrikation von Nanostrukturen aus Lithiumniobat. Grange hat mit ihrem Team ein Verfahren entwickelt, um das Material so zu bearbeiten, dass es als Meta-Linse funktioniert.
Dafür kombinierten die Physikerinnen chemische Verfahren mit hochpräziser Nano-Herstellungstechnik. «Die Lithiumniobat-Lösung kann im flüssigen Zustand direkt mit einem Formnegativ gestempelt werden – ähnlich wie beim Buchdruck von Gutenberg», erklärt Ülle-Linda Talts, Doktorandin bei Rachel Grange. Wenn das Material auf 600 Grad Celsius erhitzt wird, erhält es die kristallinen Eigenschaften, die eine Lichtumwandlung ermöglichen.
Von fälschungssicheren Banknoten bis zur Chip-Herstellung
Meta-Linsen oder ähnliche Nanostrukturen, die Hologramme erzeugen, könnten als Sicherheitsmerkmale auf Banknoten oder zur Echtheitsprüfung von Kunstwerken dienen. Die Strukturen sind zu klein, um sie mit sichtbarem Licht zu erkennen. Und die nichtlinearen Materialeigenschaften ermöglichen eine zuverlässige Überprüfung.
Forschende können auch die Umwandlung und Kontrolle von Laserlicht auch nutzen, um Infrarotlicht als sichtbares Licht mit einfachen und günstigen Kamerasensoren zu detektieren. Oder um moderne UV-Lithografiemaschinen zu vereinfachen. Diese Maschinen sind heute sehr teuer und gross, sind aber elementar für die Herstellung von Chips mit Strukturen in Nanometergrösse.
