Plasmonik

Kleine Strukturen – große Wechselwirkung

Die Wechselwirkung von Licht mit nanostrukturierten Objekten, die aus Edelmetallen wie Au oder Ag bestehen, führt zu einer Oszillation von Elektronen im Leitungsband. Bei der Resonanzfrequenz wird der größte Teil des einfallenden Lichts von diesem Resonator absorbiert, dessen Abmessungen typischerweise kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind. Die Lage der Resonanzfrequenz hängt von der dielektrischen Umgebung ab und kann daher für analytische Zwecke verwendet werden.

Mit Hilfe der kolloidalen Lithographie haben wir eine Reihe von plasmonischen Überstrukturen hergestellt, die hinsichtlich ihrer grundlegenden optischen Eigenschaften sowie ihrer Anwendung für die Sensorik und das Lichtmanagement in Solarzellen untersucht wurden.

Einer der einfachsten Zugänge zu kolloidalen Arrays stellt die Verdampfung eines Edelmetalls durch eine Maske aus einer hexagonal geordneten kolloidalen Monoschicht dar.

Dies führt direkt zu einem zweidimensionalen Array aus prismenförmigen plasmonischen Nanostrukturen, wobei die Größe des Nanodreiecks eine entscheidende Rolle für die Position der plasmonischen Resonanz spielt. Durch diese Methode und unsere Fähigkeit, heterostrukturierte kolloidale Monoschichten herzustellen, konnten wir plasmonische Resonatoren unterschiedlicher Größe und damit unterschiedliche plasmonische Resonanzen an vordefinierter Position mit einer lateralen Auflösung von einigen zehn µm abscheiden.

Anstatt dicht gepackte kolloidale Monoschichten zu verwenden, öffnet die Separation der Polymerkugeln in eine nicht dicht gepackte Struktur den Raum für eine ganze Reihe komplizierterer plasmonischer Strukturen wie Nanopartikel, elliptische Formen und sogar halbmondförmige Objekte. Solche Nanohalbmonde können als Nanoantennen für Licht betrachtet werden und weisen polarisationsabhängige plasmonische Resonanzen auf. Darüber hinaus sind ihre relativ scharfen Spitzen Orte starker elektromagnetischer Felder, die zu einer Plasmonenkopplung führen können. Alternativ sind dadurch elektrisch leitfähige Lochmasken zugänglich, welche ein interessantes Elektrodenmaterial darstellen.

Die Anordnung von plasmonischen Nanopartikeln auf einem regelmäßigen Gitter mit großem Abstand zwischen den Partikeln kann ebenfalls zu einer erhöhten Absorption durch weiträumige dipolare Kopplung innerhalb dieses regelmäßigen Gitters führen.

Unsere Arbeiten auf dem Gebiet der Plasmonik zielen auf ein besseres Verständnis für die Wechselwirkung zwischen (metallischen) Nanostrukturen und Licht ab. Dieses Wissen kann dann für die Entwicklung besserer Sensoren oder Solarzellen verwendet werden. Die Ausnutzung plasmonischer Eigenschaften verschiedenster Materialien stellt ein aktives und aktuelles Thema dar, um radiativen thermischen Transport maßzuschneidern.

Finanzierung

• Deutsch Forschungsgemeinschaft - SFB 840 TP B7