Schwingende Nanoteilchen

  • 02. June 2011

Mit Hilfe einer Nanoantenne lässt sich ein Laserstrahl in ein Nanoteilchen fokussieren, dessen Schwingung dann den Laserstrahl moduliert.

Richtet man einen kurzen Laserpuls auf ein Nanoteilchen aus Gold, so heizt es sich für sehr kurze Zeit auf und fängt an zu schwingen. Forschern um Markus Lippitz vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart ist es nun gelungen, diese Schwingung sichtbar zu machen. Dazu verwendeten sie eine Nanoantenne, die von Harald Giessen vom 4. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart bereits als Nanosensor angewendet wurde. Durch die Analyse der Schwingungen konnten die Wissenschaftler zeigen, dass wenn sich das Nanogold beim Schwingen wie ein Stück Stahl verhält, eher das Volumen eine Rolle spielt. Schwingt es hingegen vergleichbar mit einem aufgeblasenen Luftballon, wird das Verhalten eher von der Oberfläche dominiert.

http://www.pi4.uni-stuttgart.de/

Abb.: Die dreieckigen Nanoantennen fokussieren die Laserstrahlung in den kleinen Goldpunkt, der zu schwingen beginnt und den durchgehenden Laserstrahl zeitlich moduliert. (Bild: Universität Stuttgart)

Zur Untersuchung der schwingenden Nanoteilchen verwendeten die Forscher einen optischen Aufbau, der es ermöglicht, den Schwingungen wie mit einem Stroboskop zuzusehen. Wenn ein Nanoteilchen in einem Laserstrahl sitzt und gleichzeitig schwingt, so wird die Intensität des Laserstrahls moduliert. Diese feinsten Oszillationen konnten die Forscher mit einer in der Nähe platzierten Nanoantenne messen. Die Nanoantenne sorgte dafür, dass das Laserlicht besonders scharf gebündelt und in das zu untersuchende Nanoteilchen eingekoppelt wurde. Umgekehrt wurden die Lichtmodulationen aufgrund der nanomechanischen Schwingungen sehr effizient wieder in den Laserstrahl eingekoppelt. „Das Ganze funktioniert wie bei einem Handy, bei dem die Antenne dafür sorgt, dass die elektromagnetischen Wellen in die kleinen Schaltkreise des Handys effektiv ein- und ausgekoppelt werden“, erklärt Lippitz.

  

Zukünftiges Ziel der Forscher ist es, die Eigenschaften allerkleinster Nanoteilchen zu untersuchen. Bei diesen ist das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen sehr groß, wodurch neue nanomechanische Eigenschaften zu erwarten sind. So wollen sie Nano-Objekte von nur wenigen Nanometern Durchmesser in den Brennpunkt einer Nanoantenne legen und dabei mithilfe von nichtlinearer Optik Abläufe studieren können, die nur wenige Femtosekunden dauern. Auf diese Weise ließen sich beispielsweise zeitaufgelöst Halbleiter-Quantenpunkte, aber auch chemische und biologische Objekte untersuchen.

Universität Stuttgart / MH


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