20.08.2020

Licht mit Nanoantennen steuern

Neue Professur für photonische Nanomaterialien erforscht Nanofilme mit winzigen Antennen.

Viele Technologien, die heute unseren Alltag bestimmen, wären ohne Kontrolle über das Licht undenkbar. Eine Schlüssel­rolle in der künftigen Photonik könnte dabei das Forschungs­feld von Isabelle Staude von der Universität Jena einnehmen. Die Physikerin entwickelt kleinste photonische Strukturen – unter anderem Nanofilme –, um damit Licht in maß­geschneiderte Form zu bringen. Seit neuestem ist die 38-jährige Wissen­schaftlerin Professorin für photonische Nanomaterialien an der Friedrich-Schiller-Universität Jena.
 

Abb.: Isabelle Staude ist neue Professorin für photonische Nano­materialien...
Abb.: Isabelle Staude ist neue Professorin für photonische Nano­materialien an der Friedrich-Schiller-Universität Jena. (Bild: A. Günther / U. Jena)

„Lichtteilchen besitzen weder eine Ladung noch eine Ruhemasse und sind deshalb nur schwer zu kontrollieren“, erklärt Isabelle Staude. „Hier kommen unsere künstlich hergestellten Nanofilme ins Spiel, mit denen wir beispiels­weise bestimmen können, wie viel Licht in welche Richtung abstrahlt.“ Möglich machen das winzige „Antennen“, aus denen die Nanofilme aufgebaut sind. Ganz analog zur Wechselwirkung herkömmlicher Antennen mit Radiowellen kann Licht als elektro­magnetische Welle in den Nanoantennen elektrische Ströme induzieren. Je nachdem wie und aus welchem Material diese Mini-Antennen konstruiert sind, können sie Licht ablenken, fokussieren oder seine Eigenschaften verändern. Um die Licht­wellen mit den Antennen „empfangen“ zu können, müssen diese sehr klein sein und dürfen eine Größe von wenigen hundert Nanometern nicht überschreiten. 

Eine Herausforderung besteht für Staude und ihre Mitarbeiter also darin, Materialien in dieser geringen Größe überhaupt anzufertigen. Dafür kommt ein spezielles litho­graphisches Verfahren zum Einsatz, bei dem ein Elektronen­strahl die Form und Position der Nanoantennen vorgibt. Das Endergebnis kann man nicht mit bloßem Auge, sondern nur unter dem Elektronen­mikroskop betrachten. Doch der große Aufwand lohnt sich: Nanofilme könnten einmal herkömmliche optische Komponenten wie Linsen ersetzen. „Sie besitzen nicht nur eine höhere Funktionalität, sondern sind auch viel dünner und leichter“, erläutert Staude. „Sie könnten in Displays, Sensoren oder in der Mikroskopie eingesetzt werden, um nur ein paar Anwendungs­beispiele zu nennen.“ Bis es zur breiten Nutzung der Nanofilme kommt, will Staude das Konzept noch weiter­entwickeln. Dafür setzt sie – im Gegensatz zu vielen anderen Forschungs­gruppen, die Metalle bevorzugen – auf Nanofilme aus Dielektrika.

Isabelle Staude geriet eher zufällig an ihr Forschungs­thema. Während des Studiums in Konstanz interessierte sie sich hauptsächlich für Elementar­teilchen­physik. Dann kam sie bei einem Forschungs­praktikum in Südkorea mit der damals weniger bekannten Nanophotonik in Kontakt – und blieb dabei. „Ich war sofort davon begeistert“, erinnert sich die gebürtige Frankfurterin. „Besonders gefiel mir, dass ich den gesamten Forschungs­prozess überblicken und dabei selbst kreativ sein kann.“ Im Jahr 2011 wurde sie am Karlsruher Institut für Technologie über dreidimensionale Nano­strukturen promoviert und zog danach für drei Jahre nach Australien, um an der Australian National University in Canberra zu forschen. Parallel zu ihrer Promotion absolvierte sie noch ein Studium der Wirtschafts­wissenschaften an der Fern­universität Hagen. „Tatsächlich hilft mir dieses Zweit­studium noch heute“, sagt Staude. „Oft muss ich auch als Forscherin wie eine Managerin denken, etwa wenn es darum geht, neue Teammitglieder einzustellen und die Finanzierung eines Projekts im Auge zu behalten.“

2015 wechselte sie von Canberra an die Universität Jena, wo sie zunächst die Nachwuchs­gruppe für photonische Nano­strukturen leitete, bevor sie nun zur Professorin ernannt wurde. „Jena ist zweifellos das Mekka der Optik“, zeigt sich Staude von ihren Möglich­keiten beeindruckt. „Eine solche Ansammlung optischer Forschung und Unternehmen ist weltweit einmalig. Dazu kommt das sehr gute akademische Umfeld, das mir die Zusammenarbeit mit anderen Disziplinen wie der Chemie ermöglicht.“ 

FSU / DE
 

Weitere Infos

Virtuelle Jobbörse

Virtuelle Jobbörse
Eine Kooperation von Wiley-VCH und der DPG

Virtuelle Jobbörse

Innovative Unternehmen präsentieren hier Karriere- und Beschäftigungsmöglichkeiten in ihren Berufsfeldern.

Die Teilnahme ist kostenfrei – erforderlich ist lediglich eine kurze Vorab-Registrierung.

EnergyViews

EnergyViews
Dossier

EnergyViews

Die neuesten Meldungen zu Energieforschung und -technologie von pro-physik.de und Physik in unserer Zeit.

Meist gelesen

Themen