Metamaterialien & Transformationsoptik

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1 Metamaterialien & Transformationsoptik - Karlsruher Institut für Technologie (KIT) - DFG-Center for Functional Nanostructures (CFN), KIT - Institut für Angewandte Physik (AP), KIT - Institut für Nanotechnologie (INT), KIT - Karlsruhe School of Optics & Photonics (KSOP), KIT - Nanoscribe GmbH, Eggenstein-Leopoldshafen Licht läuft auf zwei Beinen K r E r B r r r r r D = ε 0 ε E B = μ 0 μ H Heinrich Hertz, Karlsruhe, 1887 Licht läuft auf zwei Beinen Licht läuft auf zwei Beinen K r ε K r ε E r B r r r r r D = ε 0 ε E B = μ 0 μ H 0 Metalle Dielektrika E r B r r r r r D = ε 0 ε E B = μ 0 μ H n < 0 Metalle μ Dielektrika μ = 1 μ = 1 1

2 Wasser n<0 Wasser n=1.3 n=-1.3 Wasser n<0 Wasser n=1.2 n=-1.2 Aufsicht: Fallender Ball Aufsicht: Fallender Pfeil n=1 n=-1 n=-1 G. Dolling et al., Opt. Express 14, 1842 (2006) G. Dolling et al., Opt. Express 14, 1842 (2006) 2

3 Vergrößerung und Verzerrung s' a + a' = s a a' a a' n = +1 n = 1 s s' Heinrich Hertz, Karlsruhe, 1887 Schwingkreise 3.2 μm (100 THz) J.B. Pendry et al., IEEE Trans. MTT 47, 2075 (1999) S. Linden et al., Science 306, 1351 (2004) 3

4 1.5 μm (200 THz) 0.9 μm (325 THz) C. Enkrich et al., Phys. Rev. Lett. 95, (2005) M.W. Klein et al., Opt. Lett. 31, 1259 (2006) nm nm C.M. Soukoulis et al., Science 315, 47 (2007) Metamaterial mit n<0 Theorie: S. Zhang et al., Opt. Express 13, 4922 (2005) G. Dolling et al., Science 312, 892 (2006) 4

5 Sichtbares Metamaterial 780 nm & FOM=0.5 G. Dolling et al., Opt. Lett. 32, 53 (2007) Michelson 780 nm Gold Elektrochemie E. Hecht, Optik, Addison-Wesley (2002) Na 3 [Au(SO 3 ) 2 ] gelöst in H 2 O 5

6 3D Nanolithographie nicht maßstäblich, tatsächlich NA=1.4, Tolga Ergin in Zusammenarbeit mit Carl Zeiss AG in Zusammenarbeit mit Carl Zeiss AG in Zusammenarbeit mit Carl Zeiss AG Nano-Skulptur in Zusammenarbeit mit Carl Zeiss AG Matthias Lahmne, Kunst im Tunnel, Düsseldorf 6

7 Matthias Lahmne, Kunst im Tunnel, Düsseldorf 7

8 Gold-Elektrochemie Na 3 [Au(SO 3 ) 2 ] gelöst in H 2 O Justyna K. Gansel Ergebnisse Ergebnisse 2 μm 2 μm Au 40 μm 40 μm footprint J.K. Gansel et al., Science 325, 1513 (2009) J.K. Gansel et al., Science 325, 1513 (2009) RCP LCP H. Hertz, Ann. der Physik 267, 421 (1887) 8

9 - Einführung - Magnetismus wird sichtbar Licht im Rückwärtsgang Noch ein neuer Dreh 3D Transformationsoptik 2 μm J.K. Gansel et al., Science 325, 1513 (2009) Transformationsoptik ε = μ =1 t r ε = μ =1 Star Trek t r ε (r ) = μ ( r ) J.B. Pendry et al., Science 312, 1780 (2006) Klingonische Bird-of-Prey Tarnkappentechnologie, 24. Jahrhundert Star Trek Klingonische Bird-of-Prey Tarnkappentechnologie, 24. Jahrhundert 9

10 Brechzahlprofile J. Li et al., Phys. Rev. Lett. 101, (2008) Brechzahlprofile J.C. Halimeh et al., Opt. Express 17, (2009) 10

11 3D Tarnkappe T. Ergin et al., Science 328, 337 (2010) 3D Tarnkappe 3D Tarnkappe fcc Woodpile T. Ergin et al., Science 328, 337 (2010) T. Ergin et al., Science 328, 337 (2010) 3D Tarnkappe Ergebnisse Gold Glas a=0.8 μm T. Ergin et al., Science 328, 337 (2010) FIB von Probe #114, Photolack IP-L Nanoscribe GmbH 11

12 Ergebnisse Hellfeld-Modus Gold Tarnkappe bump cloak & bump Glas a=0.8 μm FIB von Probe #114, Photolack IP-L Nanoscribe GmbH 0 Grad, Cassegrain NA=0.5, Probe #137 Hellfeld-Modus Dunkelfeld-Modus bump cloak & bump bump cloak & bump 0 Grad, Cassegrain NA=0.5, Probe # Grad, Cassegrain NA=0.5, Probe #137 Dunkelfeld-Modus bump cloak & bump 35 Grad, Cassegrain NA=0.5, Probe #137 12

13 Science 306, 1351 (2004) & 313, 502 (2006) Science 312, 892 (2006) & 315, 57 (2007) Science 325, 1513 (2009) Science 328, 337 (2010) 13

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