Metamateriaal vertoont negatieve brekingsindex voor zichtbaar licht

Duitse onderzoekers zijn er als eersten in geslaagd om een materiaal te ontwerpen dat een negatieve brekingsindex vertoont voor golflengtes in het zichtbare gebied. Bij 780 nm bedraagt de brekingsindex -0,6, zo schrijft de groep van Gunnar Dolling (Universität Karlsruhe) in het januarinummer van Optics Letters.

Een negatieve brekingsindex wil zeggen dat een lichtbundel, die schuin op het materaal schijnt, als het ware wordt omgeklapt. Bij zuivere materialen is de brekingsindex altijd positief: ze buigen licht wel een beetje af, maar nooit door de verticaal heen.

Om een negatieve index te krijgen moet je een ‘metamateriaal’ bouwen dat zich gedraagt als een veld vol elektronische componentjes, die elk afzonderlijk resoneren op de maat van de lichtgolven. Daartoe moeten die componentjes een stuk kleiner zijn dan de golflengte. Het idee is afkomstig van de Engelsman John Pendry, die het indertijd demonstreerde met radiogolven in de 15-20 MHz-band.

Voor zichtbaar licht moet je de componenten veel verder miniaturiseren. Dolling bracht een zilverlaagje aan op een glazen plaat, bedekte dat met niet-geleidend magnesiumfluoride, deed daar wer een laagje zilver overheen en etste er tenslotte vierkante gaatjes van 100 bij 100 nm in.

Het zo ontstane nanogaasje heeft een brekingsindex van -0,6 bij de golflengte 780 nm. Bij 760 en 800 nm is de brekingsindex gelijk aan nul (de lichtgolven komen er dus loodrecht uit, onafhankelijk van de invalshoek) en buiten dat gebied is de brekingsindex weer gewoon positief.

Het weekblad New Scientist speculeert al dat een dergelijk materiaal de basis zou kunnen vormen van ‘cloaking devices’ a la Star Trek, waarmee objecten onzichtbaar zijn te maken voor het menselijk oog. Zelf is Dolling overigens nog lang zo ver niet.