Metamaterialien mit negativem Brechungsindex

Kurzfassung

Das Ziel der vorliegenden Studie ist es einen Überblick über die ungewöhnlichen optischen Eigenschaften von Metamaterialien zu geben. Metamaterialien sind künstlich erzeugte Systeme, wobei das Ziel darin besteht in einem Fre-quenzintervall sowohl eine negative dielektrische Permittivität als auch eine negative magneti-sche Permeabilität zu erreichen. Wenn dies der Fall ist, wird auch der Brechungsindex nega-tiv, was zu einer Vielzahl neuer, in der klassischen Optik undenkbarer Effekte, führt. Beispielsweise wirken flache Scheiben mit negativem Brechungsindex fokussierend auf einfal-lende Strahlen ganz analog zu konventionellen Linsen mit positivem Brechungsindex. Mit einem Metamaterial umhüllte Körper können unsichtbar werden, da sie weder reflektieren noch absorbieren oder einen Schatten werfen. Die Strahlen werden dabei so durch das Me-tamaterial geleitet, als ob es dies optisch nicht gebe. Im ersten Teil der Studie werden die zum Verständnis des anomalen Verhaltens benötigten physikalischen Grundlagen dargelegt. Hierzu werden die wesentlichen Gleichungen und For-meln präsentiert, so dass der interessierte Leser die Effekte nachvollziehen kann. Der zweite Teil ist dem Stand der derzeitigen Entwicklung (November 2008) und den möglichen und zum Teil schon realisierten Anwendungen gewidmet. Abschließend erfolgen eine Bewertung der zukünftigen Entwicklungstendenzen und eine kriti-sche Diskussion der physikalischen Beschreibung der elektrodynamischen Eigenschaften, die derzeit auf der Basis der Maxwellschen Gleichungen durchgeführt wird.