Projektdaten

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Fluktuations-dominierte Materialien für neuartige photonische Strukturen

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Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung nanostrukturierter Materialien für innovative optische Anwendungen, in denen gezielt eingestellte Unordnung riesige Fluktuationen des lokalen elektromagnetischen Feldes bewirkt. In diesen Strukturen wird die nichtlineare Antwort von Hot Spots mit den größten Feldern dominieren und die gesamte Nichtlinearität der Unordnungsstrukturen erhöhen. Dieser Ansatz soll zu einer neuen Klasse von fluktuationsdominierten Werkstoffen für die Photonik, mit Anpassungen aber auch für weitere wellenbasierte Technologien führen. Für zwei Modellsysteme, nanoporöse Gold Nanopartikel (Nanoschwämme) und nanostrukturierte Si Nanonadeln (Nano-Gras), konnten Feldverstärkungsfaktoren und elektromagnetische Moden-Lokalisierungen realisiert werden die an die bisher höchsten Werte heranreichen, die in mit modernsten Nanotechnologieverfahren hergestellten Nanoantennen erreicht wurden. Experimentell wurden einzelne, im Projekt hergestellte Gold-Nanoschwämme durch optische Nahfeldspektroskopie und ultraschnelle Photoemissionsmikroskopie untersucht. Es wurden langlebige plasmonische ‚Hot Spots‘ mit räumlichen Auflösungen von weniger als 10 nm nachgewiesen. Die Beobachtungen stimmen hervorragend mit im Projekt entwickelten Theoriemodellen überein. Die erfolgreiche enge Zusammenarbeit von Materialwissenschaft und Nanofabrikation mit fortschrittlichen optischen Charakterisierungsmethoden auf der einen Seite und detaillierter theoretischer Modellierung der Nahfeld-Eigenschaften in der Festkörperphysik wird fortgeführt und soll folgende Ziele verfolgen: (i) Nanofabrikation von Werkstoffen mit Feldüberhöhung und zum tieferen Verständnis der Hot Spot Bildung. (ii) Neue Experimente zur orts- und zeitaufgelösten Untersuchung der lokal verstärkten nichtlinearen Antwort und deren weitere Verstärkung. (iii) Design, Herstellung und Untersuchung von Hybrid-Werkstoffen, in denen kleine, meist atomare oder molekulare Emitter mit geeigneten quantenoptischen Eigenschaften...