Existenz negativer Brechung in natürlichen Materialien
Das Manuskript der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. A. Pimenov mit dem Titel "Negative Refraction Observed in a Metallic Ferromagnet in the Gigahertz Frequency Range" wurde in Phys. Rev. Lett. als "Editors' Suggestion" veröffentlicht.
Existenz negativer Brechung in natürlichen Materialien
Negative Brechung invertiert viele Gesetze der klassischen Optik und verspricht einige interessante Anwendungen, wie z.B. eine Überwindung der Auflösungsgrenze konventioneller optischer Geräte. Sie kann nur in Systemen mit negativer elektrischer Permittivität und magnetischer Permeabilität beobachtet werden. Wegen dieser Komplexität wurde generell angenommen, dass negative Brechung nicht in natürlichen Materialien auftreten kann; stattdessen mussten bislang künstliche Materialien (Metamaterialien)oder photonische Kristalle verwendet werden.
In einer kürzlich erschienenen Arbeit ist der optischen Gruppe am Lehrstuhl für Experimentelle Physik IV zusammen mit Kollegen aus Göttingen gelungen zu zeigen, dass natürliche Materialien mit negativer Brechung zumindest bei Gigahertz-Frequenzen tatsächlich existieren: Der Brechungsindex der ferromagnetischen Metalle ist in der Nähe der ferromagnetischen Resonanz negativ.
Im Experiment wurde diese Möglichkeit am Beispiel eines Manganats aus der Familie der Materialien mit kolossalem Magnetwiderstand demonstriert. In solchen Systemen kann negative Brechung in starken Magnetfeldern sogar bei Raumtemperatur erreicht werden. Nach diesem Prinzip kann der Brechungsindex solcher weit verbreiteten Metalle wie Eisen und Nickel in den negativen Bereich überführt werden.
Realization of negative refraction in a natural material
Negative refraction reverses all known electromagnetic phenomena of classical optics and promises exciting applications, e.g. as imaging beyond the wavelength limit. Negative refraction can only be realized in systems with negative dielectric constant and negative magnetic permeability and it is generally believed that nature does not provide such materials and artificial systems like metamaterials or photonic crystals have to be used instead. In this work we demonstrate experimentally that such materials indeed do exist at least at THz frequencies: Ferromagnetic metals reveal negative refraction close to the frequency of ferromagnetic resonance. The experimental realisation utilizes a colossal magnetoresistance manganite as an example. In this material the negative refractive index can be achieved even at room temperature using external magnetic fields. Within the same idea such common ferromagnetic metals like iron or nickel may be tuned to a regime with negative refraction.
