Simulation von Partikelplasmonen mit der Randelementmethode

Wir planen die Implementierung von Substrateffekten für plasmonische Nanopartikel innerhalb der Randelementmethode (engl. Boundary Element Method, BEM), die von Garcia de Abajo und Howie entwickelt wurde [Phys. Rev. B 65, 115418 (2002)]. Unsere BEM Software wurde in den letzten Jahren entwickelt und in Kooperation mit experimentellen Gruppen angewendet. Mit einer kürzlich durchgeführten Erweiterung ist es nun möglich, auch dielektrische Umgebungen mit mehreren dielektrischen Funktionen zu simulieren. Dies eröffnet die Möglichkeit, auch Substrateffekte zu berücksichtigen, was mit verschiedene Methodiken erzielt werden könnte. Die beste Methode soll in diesem Projekt in Zusammenarbeit mit Javier Garcia de Abajo (CSIC Madrid) gefunden werden. Weiters werden wir den Einfluß von Substraten auf extreme Lichtkonzentration und Biosensoranwendungen von plasmonischen Nanopartikeln untersuchen. Beide Untersuchung erfolgen in enger Zusammenarbeit mit experimentellen Gruppen. Das Hauptergebnis dieses Projektes wird die Entwicklung einer flexiblen Simulationssoftware für plasmonische Nanopartikel darstellen, die nach einer ausführlichen Testphase auch einem breiteren Publikum zugänglich gemacht werden soll.

Das Gebiet der Plasmonik beschäftigt sich mit der Lokalisierung von Licht auf der Nanometerskala. Dies kann erreicht werden, indem man Licht an kollektive Elektronenschwingungen an metallischen Oberflächen, sogenannten Oberflächenplasmonen, bindet. Diese Oberflächenplasmonen besitzen stark lokalisierte elektromagnetische Felder und ermöglichen somit eine effiziente Ankopplung von Licht an nanometrische Quantenemitter, wie beispielsweise Moleküle oder Halbleiter-Quantenpunkte. In diesem Forschungsprojekt haben wir ein Simulationswerkzeug für solche plasmonische Nanostrukturen entwickelt. Im Besonderen haben wir die bestehende Software so erweitert, dass damit auch metallische Nanoteilchen auf Substraten oder anderen dielektrischen Schichtstrukturen simuliert werden können. Unser Softwarepaket kann unter http://physik.uni-graz.at/mnpbem frei heruntergeladen werden. Zusätzlich zu diesen Softwareentwicklungen haben wir eine Vielzahl von plasmonischen Problemen untersucht, größtenteils in Zusammenarbeit mit experimentellen Gruppen. Besondere Highlights sind die Nanostrukturierung von Oberflächen mit Hilfe von plasmonischer Lichtlokalisierung sowie die Messung der lokalisierten elektromagnetischen Felder durch Elektronenmikroskopie.