Sehen, ohne selbst gesehen zu werden

Das Licht zieht sprichwörtlich die Motten an. Allerdings hüten sich die Insekten selbst davor, in der Dunkelheit gesehen zu werden. Dabei hilft ihnen ihre unauffällige Körperfärbung und eine Besonderheit ihrer Facettenaugen. Diese reflektieren nämlich, anders als beispielsweise Katzenaugen, so gut wie kein Licht – eine Eigenschaft, für die sich die Wissenschaftler schon seit langem interessieren.

Forscher vom Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart sowie von der Firma Carl Zeiss haben nun die Fähigkeit der Mottenaugen imitiert und auf diese Weise äußerst reflexarme Oberflächen etwa für Linsen hergestellt.

Herkömmliches Glas, das nicht entspiegelt ist, reflektiert stets einen Teil des einfallenden Lichts. Der Grund liegt in den unterschiedlichen Brechzahlen von Luft und Glas. Diese führen dazu, dass vor allem schräg auftreffende Lichtstrahlen von der Oberfläche zurückgeworfen werden. Auch bei den Facettenaugen der Motten würden solche Reflexionen auftreten, wären sie nicht mit regelmäßig angeordneten, nanometergroßen Noppen überzogen. Deren Abstände untereinander sind kleiner als die Wellenlänge des auftreffenden Lichts, was einen kontinuierlichen Übergang der Brechungsindizes zwischen Luft und dem Facettenauge bewirkt. Reflexionen werden dadurch deutlich reduziert, wodurch die Facettenaugen im Dunklen nicht funkeln.

Polymerlösung mit Goldpartikeln

Die Forscher aus Stuttgart haben derartige winzige Strukturen künstlich auf verschiedenen Oberflächen, unter anderen auf Linsen aus Quarzglas, erzeugt („Nano Letters“, Bd. 8, Nr. 5, S. 1429). Dazu waren mehrere Schritte erforderlich. Zunächst tauchten Joachim Spatz und seine Kollegen die Linse in eine Polymerlösung, in welcher etwa sieben Nanometer große Goldpartikeln schwammen. Nach dem Herausnehmen wurde das Polymer von der Oberfläche entfernt. Zurück blieben die winzigen Goldpartikeln, die sich in regelmäßigen Abständen von rund 110 Nanometern auf der Linse angelagert hatten und als Maske beziehungsweise Schablone für den nächsten Schritt dienen sollten.

Die Forscher richteten anschließend ein ionisiertes Gasgemisch aus Argon und Tetrafluormethan auf die Probe. Die Gas-Ionen reagierten mit der Oberfläche, wobei sich das Quarz in eine leicht flüchtige Silizium-Fluorid-Verbindung umwandelte und so Schicht für Schicht abgetragen wurde. Wo die Goldpartikeln saßen, konnte das Gas nur schwer angreifen, so dass dort und in der Umgebung der Goldteilchen das Quarz in Form kleiner Säulen erhalten blieb. Im Verlauf des rund vierminütigen Ätzvorgangs wurden auch die Goldpartikeln aufgelöst. Jede der etwa 116 Nanometer hohen Säulen wies noch eine zentrale Vertiefung auf. Dort waren die Goldteilchen vom Ionenstrahl in das Quarzglas eingedrückt worden, bevor sie sich verflüchtigt hatten.

Noppen statt Facetten

Die Forscher um Spatz untersuchten anschließend die Eigenschaften der neuartigen Entspiegelung, indem sie Licht verschiedener Wellenlängen auf die behandelten Linsen richteten. Die Proben wiesen für alle Wellenlängen – vom Ultravioletten bis hin zum Infraroten – ein deutlich verringertes Reflexionsvermögen auf. So wurde bei einem Einfallswinkel von sechs Grad und einer Wellenlänge von 400 Nanometern weniger als ein Prozent des einfallenden Lichts zurückgeworfen. Eine glatte unbeschichtete Quarzlinse reflektiert etwa vier Prozent unter diesen Bedingungen. Offenkundig zeigt die noppenartige Struktur eine ähnliche Wirkung wie die Oberfläche eines Facettenauges

Das neuartige Verfahren ist nach Aussagen der Forscher günstiger und mechanisch stabiler als die bisher verwendeten dünnen Antireflexbeschichtungen. Die Wissenschaftler hoffen, nicht nur reflexarme Linsen, Bildschirme, Displays oder Glasscheiben herstellen zu können. Auch effizientere Solarzellen, bei denen nur wenig Licht an der Oberfläche verlorengeht, sind denkbar.