Ortsaufgelöste Plasmonenkopplung

Nanotechnologie spielt in unserem Alltag eine immer wichtigere Rolle und findet sich unter anderem in kosmetischen Produkten, Lebensmitteln, Textilien, sowie medizinischen Produkten bis hin zu elektronischen Geräten wieder. Die Entwicklung von Letzterem folgt der Nachfrage nach immer kleineren und schnelleren Geräten bei gleichzeitiger Reduktion der Kosten. In diesem Zusammenhang spielt miniaturisiertes Licht eine immer größer werdende Rolle. Dieses ist kleiner als gewöhnliches Licht (das durch seine Wellenlänge begrenzt ist), und schneller modulierbar als gewöhnliche Elektronik. Damit können schnelle Schalter in integrierten Schaltungen, neuartige Lichtquellen und hochsensitive Biosensoren für medizinische und chemische Anwendungszwecke erzielt werden. Jedoch erfordert die Erzeugung von miniaturisiertem Licht spezielle Transmitter, welche gewöhnliches Licht in seinen miniaturisierten Gegenpart transformieren und umgekehrt. In diesem Projekt wird das Zusammenspiel von einfallendem Licht, Transmitter und winziger metallischer Strukturen, in der Größenordnung von einem Millionstel Millimeter, welche miniaturisiertes Licht erzeugen, untersucht. Um das zu realisieren, wird eine spezielle Messtechnik verwendet, die es ermöglicht die involvierten Kleinstpartikel abzubilden, und gleichzeitig bestimmt, wie effizient das einfallende Licht in miniaturisiertes Licht mit Hilfe des Transmitters übertragen wird. Verschiedene Transmitter werden untersucht, welche zwei unterschiedliche Übertragungsmechanismen verwenden und diese Arbeit dementsprechend in zwei Abschnitte unterteilt. Im ersten Teil werden so genannte Quantenpunkte und Farbmoleküle verwendet, welche Licht im sichtbaren Bereich übertragen, wohingegen im zweiten Teil interne Vibrationen im Substrat erforscht werden, die Licht im infraroten Bereich transmittieren. Die Kombination aus gewählter Probenherstellung und Messtechnik macht den Zugang in diesem Projekt einzigartig und eröffnet gänzlich neue Möglichkeiten. Winzig kleine Metallstrukturen werden mittels Polymermaske, in welche das Metall aufgedampft wird, hergestellt. Der Transmitter selbst wird nahe der metallischen Struktur positioniert, damit dieser Licht wirkungsvoll in die Metallstruktur ein- und auskoppeln kann. Die Vorteile dieser Herstellungstechnik liegen darin, dass Größe, Form und Position des metallischen Partikels exakt festgelegt werden können, um die Wechselwirkung mit dem Transmitter zu optimieren. Die Position des Transmitters relativ zur Metallstruktur verändern zu können, ist eine weitere Stärke dieser Methode und ermöglicht die Verbesserung seiner Leistungsfähigkeit. Ein weltweit einzigartiges Messinstrument wird zur Messung des Transmitterprozesses verwendet. Das Messinstrument basiert auf einem Elektronenmikroskop, um die Probe hochaufgelöst abzubilden (mit einer Auflösung ca. 2000-mal besser als optische Mikroskopie). Gleichzeitig kann dieses Instrument, genannt CHROMATEM, messen, wie stark der Transmitter mit dem metallischen Kleinstpartikel interagiert, sowohl im infraroten, als auch im sichtbaren Bereich. Mit dieser Kombination aus Probenfabrikation und Messtechnik kann der Transfermechanismus von gewöhnlichem Licht zu miniaturisiertem Licht über einen speziellen Transmitter erforscht werden, und das bei noch nie dagewesener Ortsauflösung.