Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Negative Brechung: Licht legt den Rückwärtsgang ein Andrei Pimenov Experimentelle Physik IV, Universität Würzburg Physik am Samstag, 03.11.2007.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Negative Brechung: Licht legt den Rückwärtsgang ein Andrei Pimenov Experimentelle Physik IV, Universität Würzburg Physik am Samstag, 03.11.2007."—  Präsentation transkript:

1 Negative Brechung: Licht legt den Rückwärtsgang ein Andrei Pimenov Experimentelle Physik IV, Universität Würzburg Physik am Samstag,

2 Negative Brechung: Licht legt den Rückwärtsgang ein Preisrätsel Gewinnen Sie ein Kaleidoskop Physik am Samstag,

3 Gliederung Einleitung Einleitung –Was ist Licht? –Was ist die Brechung des Lichts? –Wie hat das Ganze angefangen? –Wie reagiert Materie auf Licht? Negative Brechung Negative Brechung –Was ist negative Brechung? –Was verändert sich dabei? –Wie realisiert man negative Brechung? –Gibt es negative Brechung in der Natur? –Linsen mit negativer Brechung Zusammenfassung Zusammenfassung Andrei Pimenov Negative Brechung: Licht legt den Rückwärtsgang ein

4 Licht = sichtbarer Bereich elektromagnetischer Strahlung Frequenz (Hz) Wellenlänge (m) 1 MHz1 THz10 18 Hz 1 m1 km1 mm 1 m 1 nm1 pm 1 kHz1 GHz Radio- Wellen Mikro- Wellen Hz m Ultra- violet Röntgen Gamma Infrarot Wellen 0.7 m 0.4 m Sichtbares Licht Hz Hz

5 Brechung des Lichtes = Änderung der Ausbreitungsrichtung c km/s - Lichtgeschwindigkeit in der Luft c/n - Lichtgeschwindigkeit im Medium (z.B. Wasser) n - Brechungsindex (Brechzahl) Wasser: n 1.33; c/n km/s

6 Brechung = Änderung der Ausbreitungsrichtung c km/s - Lichtgeschwindigkeit in der Luft c/n - Lichtgeschwindigkeit im Medium (z.B. Wasser) n - Brechungsindex (Brechzahl) Wasser: n 1.33; c/n km/s Luft Wasser

7 Brechung = Änderung der Ausbreitungsrichtung Luft Wasser

8 Wie hat das ganze angefangen ? Negative Brechung in einem Medium, in dem gleichzeitig Negative Brechung in einem Medium, in dem gleichzeitig <0 and <0 sind Victor G. Veselago sov. phys. uspekhi 10, 509 (1968)

9 Was bedeutet: <0

10 Reaktion auf elektrisches Feld Reaktion auf elektrisches Feld Θ + Θ + Θ + Θ + Θ + Θ + E - Elektrisches Feld in der Luft (Elektrische Feldstärke) D = · E - Elektrisches Feld in der Materie (Verschiebungsdichte) In den meisten Fällen : > 1

11 Reaktion auf magnetisches Feld Reaktion auf magnetisches Feld H - Magnetisches Feld in der Luft (magnetische Feldstärke) B = · H - Magnetisches Feld in der Materie (Flußdichte) Fast immer: 1 N S N S N S N S N S N S

12 Wie hat das ganze angefangen ? Negative Brechung in einem Medium, in dem gleichzeitig Negative Brechung in einem Medium, in dem gleichzeitig <0 and <0 sind Victor G. Veselago sov. phys. uspekhi 10, 509 (1968)

13 Einleitung: Negative Brechung Die Ausbreitung des Lichtes wird mithilfe der Maxwellschen Gleichungen bestimmt (Wellengleichung) Aus der Wellengleichung erhält man den Brechungsindex: n 2 = c km/s - Lichtgeschwindigkeit in der Luft c/n - Lichtgeschwindigkeit im Medium

14 Was ist negative Brechung? Brechungsindex wird negativ !!!Brechungsindex wird negativ !!! Lichtgeschwindigkeit wird negativ !!!Lichtgeschwindigkeit wird negativ !!! n 2 =

15 Negative Brechung: Licht legt den Rückwärtsgang ein Wie verläuft die Ausbreitung der Energie? "Fließt" die Energie jetzt zurück? n > 0n < 0

16 Negative Refraction: Phasengeschwindigkeit ist antiparallel zur Gruppengeschwindigkeit n > 0 n < 0

17 Umkehr der Wellenbrechung Umkehr der Wellenbrechung Luft Materie n > 0 Luft Materie n < 0 Das Snellsche Gesetz:

18 Umkehr der Wellenbrechung P. Kolinko & D. Smith 03 n < 0n>0

19 Gibt es Materialien mit negativer Brechung? Lösung: Metamaterialien (= künstliche Materialien) Stufe 1: < 0 Parallele Anordnung aus dünnen Drähten = Verdünnung eines Metalls Fast perfekte Reflektivität der Metalle ist auf die negative dielektrische Konstante ( <0) zurückzuführen

20 Gibt es Materialien mit negativer Brechung? Stufe 1: < 0 Parallele Anordnung aus dünnen Drähten = Verdünnung eines Metalls Experimentelle Überprüfung: ø = 0.05 mm A. Pimenov & A. Loidl, PRL 2006

21 Gibt es Materialien mit negativer Brechung? Lösung: Metamaterialien (= künstliche Materialien) In der Nähe der magnetischen Resonanz gibt es einen Bereich mit <0 Stufe 2: < 0 Split-Ring Resonator Magnetische Resonanz

22 Gibt es Materialien mit negativer Brechung? Stufe 2: < 0 Split-Ring Resonator Magnetische Resonanz D. R. Smith et al. (2000)

23 Metamaterialien mit negativer Brechung Dünne metallische Drähte: < 0 Split-Ring Resonatoren: < 0 R. A. Shelby et al. Science 305, 788 (2004)

24 Ungewöhnliche Effekte bei negativer Brechung n > 0n < 0 M. Wegener, Universität Karlsruhe

25 Ungewöhnliche Effekte bei negativer Brechung n > 0 n < 0 G. Dolling et al., 2006

26 Gibt es Materialien mit negativer Brechung in der Natur? Erweiterte Bedingung für die negative Brechung: < 0 (gilt für Metalle) Material: (La:Ca)MnO 3 = Verbindungen mit kolossalem Magnetwiderstand Lösung: Ferromagnetische Metalle Beispiele: Eisen, Nickel, (La:Ca)MnO 3 China, Ära Kangxi ( ) Porzellansammlung Dresden

27 Gibt es Materialien mit negativer Brechung in der Natur? Material: (La:Ca)MnO 3 = Verbindungen mit kolossalem Magnetwiderstand China, Ära Kangxi ( ) Porzellansammlung Dresden

28 Kann man mit negativer Brechung eine Linse bauen? Konventionelle Linse Konvex Vergrößerung: >1 Auflösung 1 m Linse mit negativer Brechung Flach Vergrößerung: 1:1 Auflösung = perfekt (theoretisch)

29 Hat eine Linse mit negativer Brechung eine perfekte Auflösung?

30 Wird eine Linse mit negativer Brechung perfekt? Quelle Abbildung konventionelle Auflösung Grbic and Eleftheriades, 2004

31 Lichtbrechung Lichtbrechung Änderung des Ausbreitungsrichtung Änderung des Ausbreitungsrichtung Änderung der Lichtgeschwindigkeit Änderung der Lichtgeschwindigkeit Brechungsindex: Brechungsindex: Negative Brechung: Negative Brechung: Metamaterialien mit negativer Brechung: Metamaterialien mit negativer Brechung: metallische Drähte + Split-Ring Resonatoren Natürliche Materialien mit negativer Brechung: Natürliche Materialien mit negativer Brechung: ferromagnetische Metalle (z.B. Eisen) ferromagnetische Metalle (z.B. Eisen) Linse mit negativer Brechung Linse mit negativer Brechung –Flach, unendlich hohe Auflösung Andrei PimenovZusammenfassung


Herunterladen ppt "Negative Brechung: Licht legt den Rückwärtsgang ein Andrei Pimenov Experimentelle Physik IV, Universität Würzburg Physik am Samstag, 03.11.2007."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen