Vom Prinzip her also einfach – die technische Umsetzung ist allerdings durchaus knifflig. Damit sich das Prinzip umsetzen lässt, muss man das Medium, in dem man den Effekt ausnutzen will, an der richtigen Stelle hinreichend stark aufheizen. In dem hier beschriebenen Versuch wurde dies mit einer Anordnung aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen gemacht, die zu einer Art Folie gezogen wurden:
Kohlenstoff-Nanoröhrchen haben den Vorteil, eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit zu besitzen – gleichzeitig sind sie sehr leicht und nehmen deswegen selbst wenig Wärme auf. Ich klaue mal wieder ein Bild von Wikipedia: [sorry wegen des ganzen Gedöns unter dem Bild, aber ihr wisst schon, Copyright-Kram…]
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23:30, 1 February 2006 Mstroeck
22:49, 1 February 2006 Mstroeck
22:40, 1 February 2006 Mstroeck
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Die Kohlenstoffatome in den Nanoröhrchen sind in Wabenform angeordnet – dabei hat jedes von ihnen drei nächste Nachbarn. Wenn ihr im Chemieunterricht gut aufgepasst habt, dann fällt euch auf, dass das insofern komisch ist, als Kohlenstoff doch vierwertig ist und deswegen eigentlich jedes Atom an vier andere gebunden sein sollte. Das gibt es auch (nennt man Diamant), aber in den Nanoröhrchen (und auch im Graphit einer Bleistiftmine) ist das nicht so. Die “überzähligen” Elektronen bilden eine Art Elektronengas, ganz ähnlich wie in einem Metall, und sorgen so für die elektrische und die Wärmeleitfähigkeit.
Eine Folie aus solchen Nanoröhrchen ist also hervorragend geeignet, um Wärme in ein Medium einzubringen, und weil sie selbst nur wenig Wärme speichert, kann man die Temperatur auch sehr schnell schalten. Tatsächlich ist es für eine gute Tarnkapenwirkung erforderlich, dass man die Temperatur der Nanoröhrchen oszillieren lässt – das sorgt für einen eng begrenzten Bereich innerhalb der Flüssigkeit oder des Gases mit erhöhter Temperatur; ich gebe aber gern zu, dass ich die Details hier nicht verstanden habe und das paper hier ein wenig schwer verständlich fand.
Alles was man jetzt tun muss ist, diese Nanoröhrchen in Wasser zu tunken und entsprechend zu verdrahten. Auch das ist gar nicht so einfach – gerade Wasser eignet sich nicht so gut, weil es die Röhrchen nicht so gern benetzt. Deswegen wurden die meisten Untersuchungen in der hier vorgestellten Arbeit auch mit anderen Flüssigkeiten wie Ethanol und Methanol oder mit Gasen gemacht. Für die Tarnkappe hat man es aber tatsächlich auch mit Wasser hinbekommen.
Und so sieht das Ergebnis aus:
Die Schrift, die zusammen mit der Folie verschwindet, befindet sich hinter der Folie an der Behälterwand. Heizt man die Folie auf, so wird das Licht in ihrer Umgebung “gebogen” – so wie bei einer Fata Morgana – und die Folie verschwindet.
Als Tarnkappe lässt das Ganze trotzdem etwas zu wünschen übrig: Das Licht wird ja nicht wirklich um das zu tarnende Objekt herumgebogen, so dass man das sieht, was sich dahinter befindet, sondern es kommt ja quasi “von der Seite”, so wie es bei der echten Fata Morgana vom Himmel kommt. Dass das hier im Experiment so schick aussieht, liegt einfach daran, dass der Glasbehälter entsprechend gleichförmig aussieht.
Ist das alles dann nur eine nette Spielerei? Mitnichten, Tanten und Kusinen. (Kalauer-Alarm!!) Der Großteil der Arbeit konzentriert sich auf die Ablenkung von Laserlicht in Gasen und verschiedenen Flüssigkeiten. Und Laserlicht ohne bewegliche Teile wie zum Beispiel Spiegel ablenken zu können, ist technisch extrem praktisch – denkt beispielsweise an einen Laser-Scanner. Heutzutage bedient man sich dazu gern akusto-optischer Modulatoren, die mittels Ultraschall Dichteschwankungen in Luft in Glas erzeugen und dadurch den Laserstrahl wie an einem Beugungsgitter ablenken. Die neue Arbeit zeigt nun eine andere Möglichkeit auf, einen ähnlichen Effekt zu erzielen. Technisch sind Folien aus Nanoröhren natürlich wesentlich aufwändiger (und wohl auch anfälliger) als Piezokristalle, wie man sie für die Ultraschallerzeugung verwendet, aber wer weiß, was der technische Fortschritt bei den Nanoröhren noch bringt?
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