Spektrum der Wissenschaft - 05.2019

FORSCHUNG AKTUELL

nutzen bereits gewisse Symmetrien,
um den Prozess zu vereinfachen und
handhabbar zu machen.
Ein zweites Problem ist subtiler:
Wellen, die von der Mitte der Linse
zum Fokuspunkt laufen, haben rein
geometrisch einen kürzeren Weg
dorthin als solche, die vom Rand
kommen. Eine Lichtfront, die auf der
Vorderseite einfällt, erreicht den Sam­
melpunkt dahinter also nicht gleichzei­
tig, sondern in Form kleiner Pakete, bei
denen die Berge und Täler der Wellen
nicht mehr genau übereinanderliegen.
Statt sich wieder auf die ursprüngliche
Intensität zu verstärken, löschen sich
einige nun gegenseitig aus.

Der Wald von Nanosäulen
will nicht wachsen
Um den Effekt auszugleichen, müssen
die Strukturen zusätzlich das Licht
zwischen den äußersten Bereichen bis
zur Mitte insgesamt gerade passend
verzögern. Das können die Wissen­
schaftler aber nur in gewissen Grenzen
über die Oberflächeneigenschaften
steuern. Der naheliegendste Weg
wäre, die Metalinsen schlicht dicker zu
machen – mehr zu durchquerendes
Material bedeutet eine größere mögli­
che Gesamtverzögerung.
Allerdings ist es schwierig, die
feingliedrigen Säulen immer weiter in
die Höhe wachsen zu lassen. Die
Physiker um Capasso erreichen mittels
Elektronenstrahllithografie 600 Nano­
meter. Dänische Nanowissenschaftler
haben 2016 mit einem neuen Verfah­
ren und dem gleichen Werkstoff
(Titandioxid) extrem steile, 4500 Nano­
meter hohe Strukturen erzeugt, deren
Breite von 90 Nanometern etwa den
typischen Säulendicken auf einer
Metalinse entspricht. Das ist an der
Grenze des Machbaren – und reicht
trotzdem nicht, um in den benötigten
Millimeterbereich vorzustoßen.
Aber womöglich gibt es einfachere
Auswege. Analog zu üblichen, zusam­
mengesetzten Linsengruppen, die ihre
optischen Abbildungsfehler gegensei­
tig korrigieren, ließen sich mehrere
Metalinsen stapeln. Oder eine Meta­
oberfläche könnte mit einer Glaslinse
kombiniert werden. Im Vergleich zu
herkömmlichen Linsensystemen

PALÄOKLIMATOLOGIE

DAS ENDE DER BRONZEZEIT

Radiokarbon- und Keramikdatierungen bestätigen zusammen mit

archäobotanischen Analysen eine lang gehegte Vermutung: Ein

Klimawandel setzte um 1200 v. Chr. eine Kaskade in Gang, an deren

Ende blühende Großreiche kollabierten.

ersparte das zumindest einen Teil der

Dicke und des Gewichts. Eine beson­

dere Eigenschaft von Metalinsen

brächte zusätzliche Vorteile: Bei ihnen

sinkt die Brennweite tendenziell mit

zunehmender Wellenlänge, das heißt,

rotes Licht wird näher bei der Meta­

linse gebündelt als blaues. Bei klassi­

schen Linsen ist es genau umgekehrt.

So könnten darauf abgestimmte

Nano strukturen die typischen Farbfeh­

ler einer Glaslinse gerade ausgleichen.

Außerdem kommen beispielsweise in

Smartphones ohnehin bereits Compu­

terprogramme zum Einsatz, die Bilder

unmittelbar nach der Aufnahme opti­

mieren. Und sind bei einer Metalinse

die Abbildungsfehler im Weißlicht im

Vorhinein bekannt, lassen sie sich

wieder herausrechnen. Das haben

Forscher von der University of Wa­

shington 2018 demonstriert.

Vieles spricht dafür, dass Metaober­

flächen optische Systeme auf die eine

oder andere Weise noch kompakter

und leistungsfähiger machen werden.

Alles wird davon abhängen, wie

erfolgreich und massenfertigungskom­

patibel die Wissenschaftler die Durch­

messer aus dem Bereich einiger zehn

Mikrometer in die Millimeterdimension

treiben. So lange bleiben Metalinsen

eine schlagkräftige Armada, die noch

ihr Leuchtturmfeuer sucht. 

Mike Beckers ist Physiker und Redak­

teur bei Spektrum der Wissenschaft.

QUELLEN

Chen, W. T. et al.: A broadband achro­

matic polarization­insensitive metalens

consisting of anisotropic nanostruc­

tures. Nature Communications 10, 2019

Chen, W. T. et al.: Broadband achroma­

tic metasurface­refractive optics. Nano

Letters 18, 2018

Colburn, S. et al.: Metasurface optics

for full ­color computational imaging.

Science Advances 4, 2018



Wer sich für die nahe Zukunft unse­

rer westlichen Kultur interessiert,

sollte vielleicht auch einen Blick in

die ferne Vergangenheit werfen.

Genauer gesagt: auf den als »3.2kaBP

event« bezeichneten Kollaps der Kul­

turen des östlichen Mittelmeerraums

um 1200 v. Chr. Eine aktuelle Studie

bestätigt den Verdacht, ein dramati­

scher Klimawandel habe maßgeblich

dazu beigetragen, dass die mykeni­

schen Paläste in Flammen aufgingen

und das Großreich der Hethiter vom

Erdboden verschwand. Innerhalb

weniger Jahrzehnte war die Bronzezeit

Geschichte; es sollte drei »dunkle

Jahrhunderte« dauern, bis die Region

erneut Hochkulturen hervorbrachte.

Über die Ursachen des jähen Epo­

chenendes haben Forscher viel speku­

liert. Die verschiedenen Reiche waren

durch ein weit gespanntes Handels­

netz miteinander verbunden. Hatten

die Eliten dieses System überreizt?

Lösten wachsende gesellschaftliche

Spannungen zwischen Arm und Reich

womöglich Revolten aus? Welche

Rolle spielten die in altägyptischen

Texten erwähnten Überfälle durch

»Seevölker«, und woher kamen diese?

Seit einigen Jahren mehren sich

allerdings auch Hinweise auf lang

andauernde Kälte und Dürre, die eine

auf Ackerbau basierende Nahrungs­

versorgung und Wirtschaft in Schief­

lage bringen mussten. Insbesondere

Pollenanalysen aus Bohrkernen von

ehemaligen Seen sprechen eine deutli­

che Sprache: Von Italien bis zum Iran,

von Griechenland bis in die Levante

regnete es viel zu wenig, und statt

fruchtbarer Felder breiteten sich Step­