Navigation

Herstellung von plasmonischen Strukturen

Kontakt

  • Martin Silies
    Tel.: +49-441-798-3515
    Raum: W2 2-201
    <sgdpan 4xaaclaomqss=odb"klemejin">martin.si3ilies@uol.dy4e<ehpo/spanup> (martin.silmmies@usofol.dz5e)

Das Team

Gruppenleiter:

Dr. Martin Silies
Tel.: +49-441-798-3492
Raum: W2 3-306
mar5litntin.wgjsilies(at)uni-oldenburg.deap (martin.silies@uol.de)

Gruppenmitglieder:

Dr. Juemin Yi
Tel.: +49-441-798-3494
Raum: W2 3-314
juemin.yi(at)6sluni-oldenbutozrg.z31delsry (jueminf3.yi9ah@uodluml.de)

M. Sc. Heiko Kollmann
Tel.: +49-441-798-3492
Raum: W2 3-306
heipnko.kpesollmy4ann(ktbsat)uecnni-ofzldenburg.de (heiko.k+qollmfa0anrj52n@uol.oqkdde)

M.Sc. Vladimir Smirnov

Tel.: +49-441-798-3203
Raum: W2 3-309
vladimirv5uph.smp1skirny+kknoyhsadv(asfgmt)uni-olidsdenbudksrgrq.deshy (vladid9vn3mir7ih.smiahgt1rnybov@uorabl.dtaopefm2v)

B.Sc. Enno Hansjürgen
Tel.: +49-441-798-3492
Raum: W2 3-306 <b9u9jr />enno.hawacanstqj70jule3dergenc4md(at)uni-ol6iqpdenburqtg.dfye (ennlu2o.hxg5vyansj9tl9uergen@uol.dejyf)

B.Eng. Moritz Gittinger
Tel.: +49-441-798-3494
Raum: W2 3-314 <br rrx4/>hb8nmoritz.gittingeroxz(at)unkloi-oldejwnburg.de2hkff (moritz.gittkv12cingghu5+er@uol.detv75w)

Plasmonische Nanostrukturen

Einleitung

In diesem Projekt untersuchen wir die Wechselwirkung von metallischen Nanostrukturen mit Licht, zumeist ultrakurzen Laserpulsen. Diese Nanostrukturen spielen bei der Fokussierung von Licht auf Flächen, die deutlich kleiner als das herkömmliche Beugungslimit für elektromagnetische Wellen  sind, eine herausragende Rolle. Insbesondere lassen sich so Bereiche mit einer extrem hohen elektrischen Feldstärke erzeugen, die räumlich auf nur wenige Nanometer begrenzt sind. Durch dieses lokal begrenzte, extrem hohe elektrische Feld lässt sich die Wechselwirkung von Licht mit einigen wenigen oder vielleicht sogar einzelnen Atomen oder Quantenemittern untersuchen.

Herstellung der plasmonischen Antennenstrukturen

Die hierfür erforderlichen Nanostrukturen werden dabei aus einem nur wenige Nanometer dicken Goldfilm mittels Ionenstrahllithographie „herausgeschnitzt“. Durch die Verwendung der Heliumionen-basierten Lithographie (mit Hilfe des Zeiss Orion Plus) sind nun erstmal Abstände von unter 10 nm möglich. In Abb. 1 ist der Vergleich der konventionellen, Gallium-basierten (in (a)) mit der Helium-basierten (in (b)) Lithographie dargestellt.

Es ist zu erkennen, dass mit Hilfe der neuen Methode plasmonische Bauelemente mit einem relevanten Strukturabstand von weniger als 6 nm hergestellt werden können. Diese Strukturen konzentrieren noch stärker als bei den bisher hergestellten Antennen das elektrische Feld inmitten der beiden Komponenten.

Nichtlineare Mikroskopie mit ultrakurzen Laserpulsen

Dies wird in unseren Laboren mit Hilfe einer spektral auflösenden, nichtlinearen Mikroskopie-Methode untersucht (Abb.2). Ultrakurze, Wenig-Zyklen-Laserpulse aus einem Ti:Saphir-Oszillator werden dabei mit einem reflektierenden Cassegrain-Objektiv auf die plasmonische Struktur fokussiert. Die durch die hohe elektrische Feldstärke in der Antenne entstehende Dritte Harmonische (TH) des eingestrahlten Laserlichtes wird in Reflektion mit einem Spektrometer als Funktion der Probenposition analysiert.

Die Intensität der dritten Harmonischen als Funktion des Laserfokus auf der dient nun als Maß für die Stärke des lokalisierten elektrischen Feldes. Es zeigt sich, dass die Emission der dritten Harmonischen der mit Helium-Ionen hergestellten Strukturen die der mit Gallium-Ionen hergestellten Strukturen um mehr als einen Faktor 3 übersteigt (Abb. 3(a)). Dies ist umso bemerkenswerter, als das die Emission aus einem deutlich kleineren Volumen der Kantenregion emittiert wird.

FEM-Simulation

In einer Finite-Elemente-Simulation zur Wechselwirkung des elektrischen Feldes mit der Goldstruktur wurde dieses Ergebnis anschließend bestätigt. In Abb. 3 wird das elektrische Feld der herkömmlichen Nanostrukturen (b) mit dem elektrischen Feld der neuartigen, mit Heliumionen hergestelleten Strukturen (c) verglichen. Auch hier ist die deutliche Erhöhung der Verstärkung des elektrischen Feldes inmitten der Strukturen zu erkennen.

Diese ersten Forschungsergebnisse zeigen das Potential der Helium-basierten Lithographie-Methode. Diese erlaubt es nun, plasmonische Antennen mit einer bisher unerreichten Genauigkeit herzustellen. Somit sind in Zukunft Nanostrukturen mit maßgeschneiderten optischen Eigenschaften möglich, so dass ihre Wechselwirkung mit Quantenemittern und biologischen Molekülen mit hoher Auflösung untersucht werden kann.

Unsere Forschungsergebnisse wurden nun in Nano Letters veröffentlicht:

H. Kollmann et al., Towards Plasmonics with Nanometer Precision: Nonlinear Optics of Helium-Ion Milled Gold Nanoantennas, Nano Letters 14, 4778-4784 (2014)

Masterarbeit

In diesem Projekt besteht die Möglichkeit, eine Masterarbeit auf einem spannenden, hochaktuellem Forschungsthema anzufertigen. Die Stellenausschreibung zu dieser Stelle findest Du hier.

 

Webxk4ma667hst9ow61ert6k7 (martinwvy.silignnes@uol.dwche) (Stand: 07.11.2019)