Netzwerkbildung und interdisziplinärer Wissenstransfer
Alumni - Promotionsprojekte
© Julian Köpfler

Dreidi­men­sio­nale Chirale Metamaterialien

Julian Köpfler – Hector Fellow Martin Wegener

Metama­te­ria­lien erhal­ten ihre Funktion durch eine ausge­klü­gelte Mikro­struk­tu­rie­rung. Dadurch können Materi­al­ei­gen­schaf­ten erzielt werden, welche weit über die von gewöhn­li­chen Materia­lien hinaus­ge­hen. Durch Einbrin­gen sogenann­ter topolo­gisch geschütz­ter Resonan­zen können z.B. mecha­ni­sche Schwin­gun­gen in einem Material lokal verstärkt und robust gegen­über Störun­gen gemacht werden. In diesem Projekt geht es um das Design und die Fabri­ka­tion von chira­len Metama­te­ria­lien mit topolo­gisch geschütz­ten Resonan­zen zur Reali­sie­rung eines resonan­ten mecha­ni­schen Laserscanners.

Metama­te­ria­lien sind ratio­nal entwor­fene Struk­tu­ren mit effek­ti­ven makro­sko­pi­schen Materi­al­ei­gen­schaf­ten, die über die von gewöhn­li­chen Materia­lien hinaus­ge­hen. Zum Beispiel ist es durch die Einfüh­rung sogenann­ter topolo­gisch geschütz­ter Resonan­zen möglich, mecha­ni­sche Schwin­gun­gen lokal zu verstär­ken und sie gegen Störun­gen robust zu machen.

In diesem Projekt werden chirale Metama­te­ria­lien mit topolo­gisch geschütz­ten Resonan­zen entwor­fen und herge­stellt, um einen resonan­ten mecha­ni­schen Laser­strahl­scan­ner zu reali­sie­ren (siehe Abbil­dung). Solche Laser­strahl­scan­ner sind für verschie­dene Anwen­dun­gen wie LIDAR, konfo­kale Mikro­sko­pie, Projek­t­ordis­plays und Materi­al­be­ar­bei­tung von entschei­den­der Bedeutung.

Das funktio­nale Design des mikro­struk­tu­rier­ten Metama­te­ri­als wurde bereits erfolg­reich ausge­ar­bei­tet. Eine zentrale Heraus­for­de­rung des Projekts besteht nun darin, steife und verlust­arme Materia­lien zu finden, mit denen die gewünsch­ten Mikro­struk­tu­ren mittels 3D-Laser­li­tho­gra­phie herge­stellt werden können. Ein vielver­spre­chen­der Kandi­dat ist Sinter­glas aus einer Quarz-Polymer-Mischung.

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Abbil­dung 1: Künst­le­ri­sche Ansicht des entwor­fe­nen mikro­struk­tu­rier­ten Metama­te­ri­al­strahls mit topolo­gisch geschütz­ter Resonanz. Die Struk­tur wandelt eine kleine Gegen­takt­an­re­gung (z. B. durch einen piezo­elek­tri­schen Wandler gegeben) auf der linken Seite in eine große Drehung auf der rechten Seite um. Mit dem hinzu­ge­füg­ten Mikro­spie­gel kann das System zum Scannen eines Laser­strahls verwen­det werden.

Julian Köpfler

Karls­ru­her Insti­tut für Technologie
   

Betreut durch

Prof. Dr.

Martin Wegener

Physik & Ingenieurwesen

Hector Fellow seit 2008Disziplinen Martin Wegener