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36 2025 www markttechnik de 15 tallmaterial und erzeugt Licht der halben Wellenlänge – in diesem Fall grünes Licht Lithiumniobat als Schlüsselmaterial Ein übliches Material für solche Effekte ist Lithiumniobat Es wird in der Telekommunikation zur Kopplung von Elektronik und Glasfasern verwendet Rachel Grange Professorin am Institut für Quantenelektronik der ETH Zürich erforscht die Fabrikation von Nanostrukturen aus diesem Material Nun haben sie und ihr Team dazu ein neues Verfahren entwickelt Dieses erlaubt es ihnen Lithiumniobat so zu bearbeiten dass es als Meta-Linse funktioniert Für ihre neue Methode kombinierten die Physiker chemische Verfahren mit hochpräziser Nano-Herstellungstechnik »Die Lithiumniobat-Lösung kann im flüssigen Zustand direkt mit einem Formnegativ gestempelt werden – ähnlich wie beim Buchdruck von Gutenberg« erklärt Ko-Erstautorin Ülle-Linda Talts Doktorandin bei Rachel Grange Wenn die Forscher das Material auf 600 °Cerhitzen erhält das gestempelte Material die kristallinen Eigenschaften die eine Lichtumwandlung wie beim grünen Laserpointer ermöglichen Das neue Verfahren hat mehrere Vorteile Nanostrukturen in Lithiumniobat zu erzeugen ist mit herkömmlichen Techniken schwierig da dieses Material sehr stabil und hart ist Die neue Methode hingegen eignet sich sogar für die Massenproduktion weil die Druckvorlage mehrfach verwendet werden kann um die gewünschte Zahl an Meta-Linsen zu drucken Das spart Zeit und Kosten im Vergleich zu bisherigen Verfahren mit denen Lithiumniobat bearbeitet wird Ultradünne-Linsen erzeugen neues Licht So ist es den ETH-Forschern um Grange mit dieser Technik erstmals gelungen Meta-Linsen aus Lithiumniobat mit präzise ausgearbeiteten Nanostrukturen herzustellen Diese Meta-Linsen funktionieren wie normale Linsen können aber zusätzlich Laserlicht der halben Wellenlänge erzeugen und steuern Schicken die Forscher Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 800 Nanometern durch die Meta-Linse tritt auf der anderen Seite sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von 400 Nanometern aus das auf einen definierten Brennpunkt fokussiert wird Diese „Magie“ der Lichtumwandlung wie Rachel Grange es nennt ist nur möglich weil die ultradünne Meta-Linse speziell strukturiert ist und das Material diesen nichtlinearen optischen Effekt überhaupt erst ermöglicht Der Effekt ist nicht auf eine bestimmte Laserwellenlänge beschränkt und daher in unterschiedlichsten Bereichen vielseitig einsetzbar Meta-Linsen oder ähnliche Nanostrukturen die Hologramme erzeugen könnten als Sicherheitsmerkmale auf Banknoten oder zur Echtheitsprüfung von Kunstwerken dienen Die Strukturen sind zu klein um sie mit sichtbarem Licht zu erkennen Und die nichtlinearen Materialeigenschaften ermöglichen eine zuverlässige Überprüfung Die Forscher können auch die Umwandlung und Kontrolle von Laserlicht auch nutzen um Infrarotlicht als sichtbares Licht mit einfachen und günstigen Kamerasensoren zu detektieren Oder um moderne UV-Lithografiemaschinen zu vereinfachen Diese Maschinen sind heute sehr teuer und groß sind aber elementar für die Herstellung von Chips mit Strukturen in Nanometergröße Bis solche Meta-Linsen auf den Markt kommen dürfte allerdings noch einige Zeit vergehen Das Forschungsfeld dieser ultradünnen optischen Elemente an der Schnittstelle von Physik Materialwissenschaften und Chemie ist noch jung »Wir haben das Potenzial dieses Technologiefeldes erst ansatzweise erfasst und sind gespannt welchen Einfluss dieses kostengünstige Verfahren in Zukunft haben wird« betont Grange nw Nach Unterlagen der ETH Zürich Herstellungsprozess aus Talts Üet al Adv Mat 2025 Mikroskopische Aufnahme von Nanostrukturen wie sie in den Meta-Linsen zum Einsatz kommen aus Talts Üet al Adv Mat 2025 • Ein Team von Physikern der ETH Zürich hat winzige Meta-Linsen entwickelt die die Wellenlänge des Lichts halbieren können • Dieser „Trick“ gelingt durch das Material der Linsen – ein Metalloxid namens Lithiumniobat – und durch winzige Strukturen die die Forscher in das Material gestempelt haben • Solche Meta-Linsen könnten als Sicherheitsmerkmal auf Banknoten oder zur Herstellung extrem dünner Kameraelemente verwendet werden nw Das Wichtigste in Kürze