Schärferer Blick auf Nanostrukturen

Forschende der Abteilung Physikalische Chemie am Fritz-Haber-Institut in Berlin haben eine wegweisende Entdeckung im Bereich der Nano­technologie gemacht. Sie stellen eine neuartige Mikroskopie­methode vor, die eine beispiellose Visua­lisierung von Nano­strukturen und deren optischen Eigenschaften ermöglicht.

Metamaterialien, die im Nano­maßstab konstruiert werden, weisen einzig­artige Eigenschaften auf, die in natürlich vorkommenden Materialien nicht zu finden sind. Diese Eigenschaften resultieren aus ihren nano­skaligen Bausteinen, die bisher direkt aufgrund ihrer Größe, die kleiner als die Wellen­länge des Lichts ist, schwer zu beobachten waren. Die Forschung des Teams überwindet diese Einschränkung, indem sie eine neue Mikroskopie­technik einsetzt, die gleichzeitig sowohl die Nano- als auch die Makrostrukturen dieser Materialien visualisieren kann.

Die Haupterkenntnis dieser Forschung ist ein methodischer Durchbruch, der die Visualisierung von Strukturen ermöglicht, die zuvor mit tradi­tioneller Mikroskopie zu klein waren, um gesehen zu werden. Durch die innovative Nutzung von Licht haben die Wissen­schaftlerinnen und Wissenschaftler herausgefunden, wie man eine Farbe des Lichts innerhalb der Struktur einfangen und durch Mischen mit einer zweiten Farbe, die die Struktur verlassen kann, dieses eingefangene Licht visua­lisieren kann. Dieser Trick enthüllt die verborgene Welt der nanoskaligen optischen Metamaterialien.

Diese Errungen­schaft ist das Ergebnis von mehr als fünf Jahren engagierter Forschung und Entwicklung unter Nutzung der einzigartigen Merkmale des Freie-Elektronen-Lasers (FEL) am Fritz-Haber-Institut. Diese Art der Mikro­skopie ist besonders, da sie ein tieferes Verständnis von Meta­oberflächen ermöglicht und den Weg für Fortschritte in Techno­logien wie Linsendesign ebnet, mit dem ultimativen Ziel, flachere, effizientere optische Geräte zu schaffen.

Durch die Verbesserung unseres Verständnisses von Meta­oberflächen öffnet diese Forschung die Tür zur Entwicklung neuer Lichtquellen und zum Design kohärenter thermischer Lichtquellen. „Wir stehen erst am Anfang", sagt das Forschungsteam, „aber die Auswirkungen unserer Arbeit für das Feld der flachen Optik und darüber hinaus sind immens. Unsere Technik erlaubt es uns nicht nur, die Funktionsweise dieser Nano­strukturen zu visua­lisieren, sondern auch sie zu verbessern, indem wir 3D-Optik auf 2D reduzieren und alles kleiner und flacher machen."

FHI / JOL