Der „Unsichtbarkeit“ auf der Spur
Neu entdeckte Plasmonen-Mode bringt mehr Licht in die Nanowelt.
Die Plasmonik hat ein reiches Anwendungspotential: Abgesehen von der schnelleren Datenübertragung in der Chipindustrie gibt es auch in der Sensorik und der Medizintechnik spannende Möglichkeiten. In letzterer ist eine Krebsbekämpfung denkbar, indem Patienten metallumhüllte Nanopartikel injiziert werden, die sich an Krebszellen heften und diese zerstören. Und es kann noch einen großen Schritt weiter in die Zukunft gehen: Mithilfe von Metamaterialien könnten natürliche Objekte von Licht „umhüllt“ und so unsichtbar gemacht werden. „Bevor wir aber an diese komplexen Anwendungen denken, müssen wir die Grundlagen der schwingenden Elektronenwolken erforschen und verstehen“, betont der Grazer Physiker Franz Schmidt.
Abb.: Eine dunkle atmende Mode aus der Sicht des Elektronenmikroskops: Die Elektronenwolken schwingen gleich einer Atembewegung.
(Bild: NAWI Graz, Ditlbacher)
Gemeinsam mit Forschern der TU und der Uni Graz untersuchte er Plasmonen genauer. Dazu hat die Gruppe metallische Nanostrukturen aus Silber erzeugt. „Wir haben diese Nanostrukturen sehr aufwändig in neuartigen Verfahren hergestellt, elektronenmikroskopisch untersucht und die plasmonischen Anregungen analysiert“, erklärt Schmidt. Dabei haben die Forscher den Lichtstrahl, der die Elektronen in Schwingung versetzt, durch einen Elektronenstrahl ersetzt und die ultradünne Silberstruktur durchleuchtet. Und erst die Dunkelheit offenbarte ein völlig neues Plasmon: „Wie nennen sie dunkle Mode, weil sie für Licht unsichtbar ist und erst der Elektronenstrahl sie entdecken konnte“, so Schmidt. Den Zusatz „atmend“ bekam die Mode, weil sie an eine schwingende Membran oder einen Brustkorb, der sich in der Atmung auf und ab bewegt, erinnert. Diese dunkle Atmungs-Mode wurde von den Grazern erstmals dokumentiert und trägt maßgeblich dazu bei, „Licht“ in die bislang verborgen gebliebenen Regionen der Nanowelten zu bringen.
Licht und Elektronen sind ein unschlagbares Duo: Licht ist schnell, braucht aber durch seine bestimmte Wellenlänge auch Platz und ist für die Energieübertragung in kleinen Anwendungen, wie etwa Mikrochips, nicht brauchbar. Elektronen sind wiederum langsamer, dafür aber auf engstem Raum steuerbar. Die Idee der Plasmonik ist es, Licht mithilfe von Elektronen in Metallen „einzusperren“ und seine Energie auf engstem Raum zu bündeln – man spricht hier auch von flachem Licht im zweidimensionalen Zustand. „Trifft ein Lichtstrahl auf bestimmte Weise auf eine metallische Oberfläche, werden die dort befindlichen freien Elektronen kollektiv angeregt und in Schwingung versetzt. Diese kollektiv schwingende Elektronenwolke ist ein Plasmon und vereint die positiven Eigenschaften von Licht und Elektronen“, erklärt Schmid.
TU Graz / OD
