Neues Forschungsprojekt: Aktive Plasmonik

13. Dezember 2019, von Holger Lange

Foto: UHH/FBChemie/Lange

Das Forschungsfeld Plasmonik untersucht die Wechselwirkung zwischen Licht und den mobilen Elektronen in Metallen, insbesondere Edelmetallen. In Goldnanopartikeln können die Elektronen durch Lichtwellen in eine kollektive Schwingung, Plasmonen, angeregt werden. Dies ermöglicht es, Licht auf winzigen Skalen zu kondensieren, mit Anwendungen im Bereich der Photokatalyse, Photovoltaik und Photonik (Nanooptik). Um diese Anwendungen zu optimieren, oder zum Beispiel neuartige optische Modulatoren zu ermöglichen, ist eine aktive Kontrolle der plasmonischen Eigenschaften nötig. Bisherige Ansätze ändern mit elektrochemischen Reaktionen die Anzahl der mobilen Elektronen, oder verändern die Geometrie der Partikel. Ein übergreifendes Problem dieser Konzepte ist, dass die Änderungen zu langsam für die Integration mit  heutiger Hochgeschwindigkeitselektronik ist.

Das Team um Holger Lange, Arya Fallahi (ETH Zürich) und Franz Kärtner (CFEL) erprobte einen neuen Ansatz: Extrem intensive Lichtpulse im ferninfraroten, THz-Pulse, können die Elektronenkonfiguration sehr schnell ändern. Die starken elektrischen Felder der Pulse "verschieben" die Elektronen im Partikel innerhalb von Picosekunden. Nach erfolgreichen Tests dieses Ansatzes hat sich das Hamburger Team mit Experten für Quantenoptik der TU Berlin zusammengetan (Malte Selig, Andreas Knorr). Die DFG fördert die Forschung mit 500.000 EUR und man erhofft sich neben des Verständnisses des "Plasmontunings" auch neue Erkenntnisse zur Wechselwirkung extrem starker elektrischer Felder mit Materie auf Nanoskalen.