Farbforschung Das totale Schwarz

Seit Jahren jagten Wissenschaftler auf der ganzen Welt dem tiefsten Schwarz hinterher. Dann stießen britische Forscher auf die Flügel eines Schmetterlings.

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Es geht immer noch schwärzer: Forscher auf der ganzen Welt wetteifern um die dunkelste Farbe

Wenige Tage vor Weihnachten 2002 kam ein Päckchen an in einem Labor in Exeter, England. Als die Wissenschaftler es aufrissen, sahen sie einen Schmetterling, Papilio ulysses, trocken und tot.

Sie legten ihn unter ein Mikroskop und benahmen sich wie Kinder. Jeder wollte mal durchgucken. Das leuchtende Blau sehen. Das tiefe Schwarz. Es war unverschämt schwarz. Physiker in Japan, England und den USA versuchten schon seit Jahren, das schwärzeste Schwarz der Welt künstlich herzustellen. Und da lag nun dieser Schmetterling aus einer Farm in England. Was war sein Geheimnis?

Der letzte im Labor aufgestellte Schwarz-Rekord lag nicht lange zurück. Wissenschaftler aus Teddington nahe London hatten sieben Jahre lang an etwas geforscht, das sie "Super Black" nannten. Sie tauchten eine Aluminiumplatte in eine Lösung, die vor allem Phosphor und Nickel enthielt, und legten sie in Salpetersäure. Nach Hunderten Versuchen bildete sich auf der Plattenoberfläche ein Belag, der dunkler war als alles, was die Welt jemals gesehen hatte. Würde man vor einer mit "Super Black" bemalten Wand stehen und sie mit einer Taschenlampe anstrahlen, dann würde die Wand fast alles Licht schlucken, quasi nichts käme zurück. Neben "Super Black" sieht das dunkelste Schwarz, das im Farbengeschäft zu kaufen ist, grau aus.

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Doch es ging noch schwärzer. Professor Roy Sambles fokussierte den Schmetterling unter seinem Mikroskop und hatte eine Vermutung. Die Forscher aus Teddington hatten bemerkt, dass die kleinen Krater, die sich auf der Oberfläche ihres schwarzen Belags gebildet hatten, entscheidend waren für den Grad der Dunkelheit. Doch das, was die Natur machte, war anders. Sambles startete eine chemische Versuchsreihe mit dem Schmetterling, die absurd klingen mag, wenn man Schwarz bisher nur als gewöhnlichen Farbeindruck neben Weiß, Gelb, Grün, Blau, Rot wahrgenommen hat. Er besprühte den Schmetterling mit Gold, temperierte ihn auf 21 Grad, fixierte ihn mit Glutaraldehyd, dehydrierte ihn in Aceton und spießte Teile seiner Flügel auf Nadeln auf. Was er unter seinem Elektronenmikroskop sah, war ein Scoop.

Sambles sah auf der Oberfläche der Flügel mikroskopisch kleine Röhrchen, nanotubes genannt, die angeordnet waren wie ein dichter Wald. Sie fingen das Licht ein und ließen es nicht mehr heraus. Zwischen den Röhren klafften mikrometergroße Lücken. Wie Tausende kleine Fallen, in denen sich das Licht verfängt. Sambles Studie bewies, dass die Natur mit Oberflächen spielt, um sie besonders schwarz zu machen. Das war der entscheidende Punkt.

Shawn-Yu Lin experimentierte 2007 in seinem Labor in New York gerade mit Photonenstrahlern, als er sich dazu entschloss, bei der Jagd nach dem tiefsten Schwarz mitzumachen. Was die Natur auf dem Rücken dieses Schmetterlings schaffte, müsste man doch auch im Labor herstellen können. Es wäre der Durchbruch: Nicht mehr das Material würde über die Dunkelheit entscheiden, sondern die Forscher selbst könnten komplexe Oberflächenstrukturen manipulieren, auf Nanoebene. So könnte Kohlenstoff, das im unbehandelten Zustand etwa acht Prozent des einfallenden Lichts reflektiert, durch geschickte Anordnung der Nanoröhrchen praktisch gar kein Licht mehr reflektieren. "Humans control darkness", der Mensch kontrolliert die Dunkelheit, war so ein Satz, den Lin im Kopf hatte.

Um die Wucht des Satzes zu verstehen, muss man in die Geschichte blicken, die Schwarz meistens mit Unheil, Gefahr und Existenzangst verband. Die Macht der Dunkelheit und die Furcht, die sie in Menschen auslöst, gehen auf den Anfang der Schöpfungsgeschichte zurück: Bevor Gott das Licht schuf, war es schwarz und dunkel auf der Welt. Bis heute wird Schwarz mit dem Tod und dem Nichts assoziiert.

Lin arbeitete mit einem Partnerlabor in Texas zusammen. Mit seinen Mitarbeitern forschte er nachts im Dunkeln, um Mitternacht schalteten sie die Mikroskope ein, kein Tageslicht sollte sie ablenken. "Normalerweise sagt man ja, ein blauer Himmel macht die Menschen glücklich, aber ich empfand das stundenlange Arbeiten mit Schwarz als beruhigend und friedlich", sagt Lin. Dabei waren sich die Wissenschaftler anfangs sehr unsicher, ob ihr Projekt funktionieren würde. "Ich erinnere mich noch, wie skeptisch wir waren, weil die Carbonplatte, die wir über Wochen behandelt hatten, am Ende noch so glänzte von der Säure. Eigentlich hätte sie wahnsinnig matt aussehen müssen."

Als die Platte trocken war, erkannten die Forscher: Das Schwarz war noch viel dunkler, als sie es erwartet hatten. Hielten sie ihre Augen ganz nah an die Platte, hatten sie das Gefühl, in eine Schlucht zu blicken. Vor sich hatten sie eine ebene Fläche, doch sie hätte auch Hunderte Meter tief sein können. Ein Loch in der Welt. Die Lichtreflexion lag bei 0,045 Prozent, das war Weltrekord. Es begann der Schlussspurt einer Jagd, die heute kurz vor ihrem Ende steht. Bald wird Shawn-Yu Lin sein neuestes Werk vorstellen. Es wird wieder ein Rekord sein, eine Fläche, so schwarz wie nie, das schwärzeste Material, das je von Menschen hergestellt wurde. Lichtreflexion: 0,03 Prozent.

Die Reise ins Schwarze hatte viele Stationen: "Super Black", "Astro Black", "Hino Black", "Anritsu Black". Lins Errungenschaft wird die bisherige Krönung. Und wie fast jede wissenschaftliche Errungenschaft birgt sie Gefahren. Eine Oberfläche, die kein Licht reflektiert, wäre eine ideale Tarnung für Waffen. Schon als Lin sein erstes Nanoschwarz vorstellte, begann in Japan ein Labor damit, ein Schwarz zu entwickeln, das nicht nur sichtbares Licht schluckt, sondern auch Licht unsichtbarer Wellenlängen. Radarstrahlen zum Beispiel. Panzer und Kampfflugzeuge wären dann auf Radarschirmen nicht mehr zu sehen.

Auch die Nasa interessiert sich für Lins Werk. "Sie haben hier im Labor angerufen." Es klingt, als erzähle er von einer Auszeichnung. Sein Schwarz, das ist die Hoffnung, könnte der Welt einen Blick in den Weltraum eröffnen, den es so noch nie gab. Ein schwarz ausgekleidetes Teleskop, das unabhängig von störendem Streulicht arbeitet, ist ein Traum der Astronomie. Auch die Solartechnik könnte profitieren: Sie lebt davon, Licht aufzunehmen und in Strom zu verwandeln, ohne auf dem Weg dorthin Licht zu verlieren.

Eigentlich ist Lin ein Physiker mit einem nüchternen Blick auf die Welt. Keiner, der sich leicht aufregt oder übertreibt. Doch wenn man mit ihm über Schwarz spricht, klingt es, als wisse er, dass er in den vergangenen Jahren an etwas gearbeitet hat, das einmal sehr groß werden könnte. Das Gefühl, der Dunkelheit nahe zu kommen, sei etwas Einmaliges, und er verstehe nicht, warum die Menschheit sich in der Geschichte, abgesehen von Phänomenen wie den Schwarzen Löchern, eher für das Licht interessiert habe, nicht aber im gleichen Maße für die Dunkelheit. "Wir wissen, wie man aus Holz Licht macht und wie hell die Sterne sind, aber wie dunkel Material eigentlich sein kann, wissen wir noch nicht."

Journalisten kamen in Lins Labor, ganz schwarz gekleidet, um zu erleben, wie das wohl aussieht, wenn sie die Ärmel ihrer Jacketts ganz nah heranhalten an das Nanoschwarz. In den folgenden Wochen tauchten weltweit Meldungen über Nanoschwarz in den Medien auf, in der Washington Post und auf BBC News.

Auch an der Brüsseler Universität las man vom absoluten Schwarz. Einer der Professoren rief einen belgischen Künstler an, Frederik De Wilde, 34 Jahre alt, der sich in seinen Werken seit Jahren mit Naturwissenschaften beschäftigte. "Die Frage, wie schwarz Schwarz eigentlich sein kann, haute mich um. Wir sind es ja nicht gewohnt, Dunkelheit in unserer Vorstellung zu steigern", sagt De Wilde. Er rief Pulickel Ajayan an, einen der Wissenschaftler in Texas, und fragte ihn, ob er als Künstler mitmachen könne bei der Suche. Das perfekte, reine, tiefe Schwarz als Gemälde, was für eine Vorstellung. Ajayan sagte zu. Im Mai wird De Wilde nach Texas fliegen und den Monat im Labor verbringen. "Wir müssen die Platten größer machen, damit die Wucht dieser Schwärze für die Menschen erfahrbar wird", sagt De Wilde. Sein Ziel ist ein betretbarer Raum aus nanoschwarzen Platten.

Wer die Jagd nach dem absoluten Schwarz nachzeichnet, trifft auf eine zweite Künstlerin, Jane Bustin aus London. In einem Pappkarton in ihrer Wohnung liegt ein kleines Stück "Super Black". Sie hatte damals, 2006, den Forschern aus Teddington ein Stück davon abgekauft, und weil der Preis bei 600 Pfund pro Quadratzentimeter lag, reicht heute ein sehr kleiner Karton aus für ihr Juwel, so nennt sie das Stück. Nur noch ab und zu kommen Freunde vorbei, die es sehen wollen, ansonsten lagert es in dunkler Ruhe. "Als ob es auf etwas wartet", sagt Bustin und lacht. "Vielleicht passiert ja noch etwas damit, und die Menschen interessieren sich wieder dafür. Es stand schließlich mal im Guinness Buch der Rekorde."

Auch der Schöpfer des Stücks, der englische Physiker Richard Brown, hat Jahre danach kaum noch Verwendung für "Super Black". Bei der Jagd bleibt manches auf der Strecke. "Im Nachhinein ärgere ich mich natürlich, dass wir nicht selbst auf die Nanostruktur gekommen sind. Aber wahrscheinlich sind die Forscher, die das entdeckt haben, einfach schlauer, als wir es waren", sagt Brown. Geld habe ihm das Ganze auch nicht gebracht, doch in der Geschichte des National Physical Laboratory, in dem Brown arbeitet, sei Superblack wahrscheinlich das Projekt gewesen, das am meisten Aufmerksamkeit erzeugt habe.

Wer hätte ahnen können, dass 250 Kilometer weiter ein paar Forscher ein Paket aufreißen, in dem ein Schmetterling liegt? Ein Schmetterling, der den Forschern mit seinen Flügeln half, auf ihrer etwas seltsamen Jagd voranzukommen. Doch das Schwarz hat auch einen anderen, erstaunlichen Zweck, der dem Schmetterling hilft. Es stellt sich in den Dienst des Blau auf seinem Rücken und lässt es hell leuchten. Schmetterlingsweibchen können sich diesem Reiz kaum entziehen.