{"id":283586,"date":"2021-04-13T17:00:00","date_gmt":"2021-04-13T15:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=283586"},"modified":"2021-04-13T17:00:00","modified_gmt":"2021-04-13T15:00:00","slug":"spezielle-lichtwellen-durchdringen-undurchsichtige-materialien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/spezielle-lichtwellen-durchdringen-undurchsichtige-materialien\/","title":{"rendered":"Spezielle Lichtwellen durchdringen undurchsichtige Materialien"},"content":{"rendered":"\n

Es klingt fast wie Sciene Fiction, ist aber Realit\u00e4t. Mithilfe von ganz speziellen Lichtwellen, sogenannten “streuungs-invarianten Lichtmoden”, lassen sich undurchsichtige Gegenst\u00e4nde durchsichtig machen. Zumindest f\u00fcr diese Lichtwellen. Normalerweise kann Licht bestimmte Materialien nicht oder nur begrenzt durchdringen, weil das Licht gestreut, ver\u00e4ndert und abgelenkt wird. Forscher der TU Wien<\/a> und der Universit\u00e4t Utrecht<\/a> konnten nun aber zeigen, dass es eine Klasse ganz spezieller Lichtwellen gibt, f\u00fcr die Undurchsichtiges durchsichtig wird.<\/p>\n\n\n\n

So lie\u00dfen sich f\u00fcr “jedes spezifische ungeordnete Medium” \u2013 sei es ein St\u00fcck W\u00fcrfelzucker oder ein Glas Milch \u2013 ma\u00dfgeschneiderte Lichtstrahlen schaffen, die lediglich abgeschw\u00e4cht, aber nicht komplett ver\u00e4ndert werden. Dieses Licht kann dann beispielsweise den Zucker in einem ganz speziellen Muster durchdringen, als w\u00e4re er gar nicht da und kommt auf der anderen Seite als ein Lichtmuster an, das dieselbe Form wie das Ursprungsmuster hat.<\/p>\n\n\n\n

Unz\u00e4hlig viele verschiedene Formen<\/h3>\n\n\n\n

So, wie die Wellen auf einer Wasseroberfl\u00e4che unz\u00e4hlig viele verschiedene Formen annehmen k\u00f6nnten, k\u00f6nnten auch Lichtwellen unendlich viele verschiedene Formen haben, sagen die Wissenschaftler. “Jedes dieser Lichtwellenmuster wird auf ganz bestimmte Weise ver\u00e4ndert und abgelenkt, wenn man es durch ein ungeordnetes Medium schickt\u201c, erkl\u00e4rt Prof. Stefan Rotter vom Institut f\u00fcr Theoretische Physik der TU Wien, der mit seinem Team mathematische Methoden erarbeitet, um solche Lichtstreuungseffekt zu beschreiben.<\/p>\n\n\n\n

Unterst\u00fctzung bekommt er dabei von Prof. Allard Mosk, dem Leiter der experimentellen Forschungsgruppe von der Universit\u00e4t Utrecht, der die Expertise zur Herstellung und Charakterisierung solch komplexer Lichtfelder beisteuert. “Als lichtstreuendes Medium verwendeten wir eine Schicht aus Zinkoxid \u2013 ein undurchsichtiges, wei\u00dfes Pulver aus v\u00f6llig zuf\u00e4llig angeordneten Nanopartikeln\u201c, sagt er. Zun\u00e4chst m\u00fcsse man diese Schicht genau charakterisieren und das Zinkoxidpulver mit ganz bestimmten Lichtsignalen durchleuchten. So k\u00f6nne man messen, wie sie dahinter am Detektor ankommen. Daraus k\u00f6nne man wiederum schlie\u00dfen, wie das Medium beliebige andere Wellen ver\u00e4ndern w\u00fcrde. Schlie\u00dflich k\u00f6nne man auch exakt berechnen, welche Wellenmuster von dieser Zinkoxidschicht so ver\u00e4ndert werden, als w\u00fcrde sie die Wellen gar nicht streuen.<\/p>\n\n\n\n

“Wie wir zeigen konnten, gibt es eine ganz spezielle Klasse von Lichtwellen, die sogenannten streuungs-invarianten Lichtmoden, die am Detektor genau dasselbe Wellenmuster erzeugen, egal ob die Lichtwelle nur durch Luft geschickt wurde oder ob sie die komplizierte Zinkoxidschicht durchdringen musste\u201c, sagt Stefan Rotter. Kurz gesagt, “durch das Zinkoxid die Form dieser Lichtwellen tats\u00e4chlich nicht ver\u00e4ndert \u2013 sie werden nur insgesamt ein wenig schw\u00e4cher\u201c, erl\u00e4utert Allard Mosk.<\/p>\n\n\n\n

Licht anstatt R\u00f6ntgenstrahlen?<\/h3>\n\n\n\n

Diese streuungs-invarianten Lichtmoden sind zwar sehr selten, wenn man verschiedene aber richtig kombiniert, ist das Ergebnis eine weitere streuungs-invariante Wellenform. “Auf diese Weise kann man sich, zumindest innerhalb gewisser Grenzen, ziemlich frei aussuchen, welches Bild man st\u00f6rungsfrei durch das Objekt schicken m\u00f6chte\u201c, sagt Jeroen Bosch, der als Doktorand am Experiment arbeitete. Im Experiment haben die Forscher das Sternbild Gro\u00dfer Wagen als Beispiel gew\u00e4hlt. “Und tats\u00e4chlich lie\u00df sich eine streuungs-invariante Welle ermitteln, die ein Bild vom gro\u00dfen Wagen zum Detektor schickt \u2013 und zwar unabh\u00e4ngig davon, ob die Lichtwelle von der Zinkoxidschicht gestreut wird oder nicht. F\u00fcr den Detektor sieht der Lichtstrahl in beiden F\u00e4llen fast gleich aus.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Insbesondere in der Materialforschung, bei biologischen Experimenten oder in der Medizin k\u00f6nnte diese Methode bestimmte Verfahren in Zukunft revolutionieren. “Im Krankenhaus verwendet man R\u00f6ntgenstrahlen um in den K\u00f6rper hineinzusehen \u2013 sie haben eine k\u00fcrzere Wellenl\u00e4nge und k\u00f6nnen daher unsere Haut durchdringen. Aber die Art, wie eine Lichtwelle ein Objekt durchdringt, h\u00e4ngt eben nicht nur von der Wellenl\u00e4nge ab, sondern auch von der Wellenform\u201c, sagt Matthias K\u00fchmayer, der sich im Rahmen seiner Dissertation an der TU Wien mit Computer-Simulationen von Wellenph\u00e4nomenen besch\u00e4ftigt.<\/p>\n\n\n\n

\u201eWenn man Licht im Inneren eines Objekts an bestimmten Punkten fokussieren will, dann er\u00f6ffnet unsere Methode ganz neue M\u00f6glichkeiten. Wir konnten zeigen, dass sich auch die Lichtverteilung im Inneren der Zinkoxidschicht gezielt steuern l\u00e4sst.\u201c So k\u00f6nnte es beispielsweise f\u00fcr biologische Experimente genutzt werden, bei denen Licht an ganz bestimmte Punkte eindringen soll, so dass es einen Blick tief in das Innere von Zellen erm\u00f6glicht.<\/p>\n\n\n\n

Die Wissenschaftler haben die Ergebnisse ihrer Forschung im Fachjournal Nature Photonics<\/a><\/em> publiziert.<\/p>\n\n\n\n

Titelbild<\/strong>: Der Lichtstrahl durchdringt ein ungeordnetes Medium und erzeugt am Detektor trotzdem dasselbe Bild als w\u00e4re das Medium gar nicht da. \u00a9 Allard Mosk\/Matthias K\u00fchmayer, TU Wien<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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