Kohle gilt als besonders schwarz. Tatsächlich ist Kohlenstoff auch die Basis für das bisher schwärzeste Material, das aus sogenannten Carbon Naotubes besteht. Nun ist es gelungen, eine durchsichtige, dünne Schicht mithilfe eines Tricks zum Auffangen von Licht zu bewegen.
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Kein Material ist absolut schwarz: Ein wenig Licht wird immer reflektiert. Den Rekord für das "tiefste Schwarz" hält ein Raster aus Nanoröhrchen, das 99,965 Prozent des einfallenden Lichts auffängt.

Doch diese speziell dafür gefertigten Materialen brauchen eine bestimmte Dicke, um zu funktionieren. Viel schwieriger ist der Effekt mit hauchdünnen Schichten, die von Natur aus lichtdurchlässig sind. Forschende aus Österreich und Israel haben dafür nun eine Falle entwickelt, der Licht nicht mehr entkommen kann, berichten sie im Fachjournal "Science".

"Ein dicker schwarzer Wollpullover kann leicht Licht absorbieren. Aber bei vielen technischen Anwendungen hat man nur eine dünne Materialschicht zur Verfügung und möchte, dass das Licht genau in dieser Schicht absorbiert wird", erklärt Stefan Rotter vom Institut für Theoretische Physik der Technischen Universität Wien. Doch solch dünne Schichten sind lichtdurchlässig, ein großer Teil des Lichts geht dadurch verloren.

Rotter entwickelte gemeinsam mit Ori Katz von der Hebräischen Universität Jerusalem eine Idee für eine Lichtfalle, mit der man auch in dünnsten Schichten einen Lichtstrahl vollständig absorbieren kann. Experimentell realisiert wurde dies in Jerusalem, die theoretischen Berechnungen kamen aus Wien.

Mehrfachreflexionen sorgen für Blockade des Lichts

Aufgebaut ist die Falle aus Spiegeln und Linsen, die einen Lichtstrahl im Kreis lenken und schließlich mit sich selbst überlagern. "Das Entscheidende daran ist: Man justiert die Länge dieses Weges und die Position der optischen Elemente so, dass der zurückgeleitete Lichtstrahl und dessen Mehrfachreflexionen, die zwischen den Spiegeln hin und her laufen, den direkt am ersten Spiegel reflektierten Lichtstrahl exakt auslöschen", erklären Yevgeny Slobodkin und Gil Weinberg von der Universität Jerusalem. Stimmt die Position der Elemente, blockiert sich der Strahl also selbst und kann die Falle nicht mehr verlassen. Somit bleibt dem Licht nichts anderes übrig, als von der dünnen Schicht absorbiert zu werden – einen anderen Ausweg gibt es nicht.

"Durch unsere Methode können wir alle Reflexionen durch Welleninterferenz auslöschen", erklärt Ori Katz. Abgesehen von der exakten Abstimmung auf die Wellenlänge gibt es keine Vorgaben, etwa für die Form des Lichtstrahls. Selbst Luftturbulenzen und Temperaturschwankungen stören den Mechanismus nicht.

Anwendungen könnte es etwa in der Astronomie geben, wo es darum geht, Lichtwellen von schwachen Lichtquellen – beispielsweise weit entfernten Sternen – optimal in einen Detektor einzuspeisen. Auch Verzerrungen durch die Erdatmosphäre ließen sich damit womöglich ausgleichen. (red, APA, 26.8.2022)