1964 sagte der sowjetische Physiker Victor Veselago die Existenz von Materialien mit negativen Brechzahlen voraus. Würde die Herstellung eines solchen Materials gelingen, könnte man damit Linsen herstellen, deren Auflösungsvermögen weit besser wäre als das von Linsen aus gewöhnlichen optischen Werkstoffen.

Forschern um Srinivas Sridhar von der Northeastern University in Boston gelang es, einen Verbundwerkstoff herzustellen, der ein feines Gitter aus Metalldrähten enthält, das für Mikrowellen eine negative Brechzahl zeigt. Ob und wann aber ein Material hergestellt werden kann, das auch in dem optischen Bereich derartiges Merkmalen hat, war vor kurzem noch völlig unklar.

Im Oktober 2003 hat nun eine Gruppe um Yong Zhang in Colorado entdeckt, dass Kristalle aus einer Legierung von Yttrium, Vanadium und Sauerstoff auch ohne Weiterverarbeitung eine negative Brechzahl für Lichtwellen eines großen Frequenzbereichs aufweisen. Der Kristall besteht aus zwei ineinandergeschachtelten Kristallgittern mit symmetrischen optischen Achsen. Die negative Lichtbrechung tritt aber ca. in einem gewissen Winkelbereich des Einfallswinkels auf. In künftigen Experimenten wollen die Forscher weitere vermutetes Merkmalen der negativen Brechung prüfen – wie etwa die Umkehrung des Dopplereffekts und der Tscherenkow-Strahlung. In fernerer Zukunft könnte die Herstellung perfekter Linsen gelingen, die kleinere Objekte als das Beugungslimit der Optik abbilden können.

Eine negative Brechzahl n < 0 würde in obiger Formel bedeuten, dass auch die Lichtgeschwindigkeit c negativ wäre - was ja unmöglich ist. Ein Diskussionsforum (http://www.chemieonline.de/forum/archive/index.php/t-7838.html) stellt dazu richtig fest, dies habe mit den klassischen Theorien nichts mehr zu tun. Außerdem träten diese Effekte ca. bis 20 Nanometer Abstand von der Lichtquelle auf.

Eine Deutungsmöglichkeit ergibt sich aus einer Textstelle des zweiten Weblinks über den Kristall aus so genannten "Meta-Materialien", die "... eine negativen Brechzahl aufweisen können und so Licht um einen negativen Winkel gegenüber der Einfallsrichtung ablenken.

Das heißt, dass die zwei Winkel zwar dem Brechungsgesetz entsprechen, aber auf die "falsche Seite" – sozusagen Brechung und Reflexion in einem. Man müsste die Formel also mit einer Signum- oder Absolut-Funktion an diese neuen Materialien anpassen oder – wie ihre "ineinandergeschachtelten Kristallgitter" nahelegen – eine zusätzliche Reflexionsebene einführen. Sie entspräche in dem obigen Bild dem Lot auf die Trennfläche der beiden Medien.

Lichtbrechung, Refraktometer, Astronomische Refraktion, Beugung, Totalreflexion

• Negativer Brechungsindex bei Mikrowellen (http://www.wissenschaft.de/wissen/news/204023)
• Spezieller Kristall mit negativem Brechungsindex (http://www.wissenschaft.de/sixcms/detail.php?id=231304)