Nanomaterialien für die Photonik
Rasche Fortschritte auf dem Gebiet der Nanomaterialien mit exotischen optischen, elektrischen und magnetischen Eigenschaften liefern wichtige Bausteine für ein Feld von wachsender Bedeutung. Das EU-finanzierte Ausbildungsnetzwerk PHANTASY (Photonic applications of nanoparticle assemblies and systems) brachte drei europäische Partner und jeweils einen Partner aus Russland und Japan zusammen, um innovative Nanostrukturen für die Manipulation von Licht zu entwickeln. Die Wissenschaftler und Stipendiaten konzentrierten sich auf kolloidale Assemblierungen, Nanopartikel, Oxide und Metalle. Photonische Kristalle sind periodische Strukturen, die es ermöglichen, den Fluss von Licht auf interessante Weise zu steuern. Angesichts ihrer multiplen reflektierenden Oberflächen auf sehr kleinen Längenskalen ähnlich des Wellenlängenbereichs von einfallendem Licht können sie Licht um scharfe Kurven zwingen oder sogar vollständig einfangen. Das Team stellte selbstorganisierte kolloidale photonische Kristalle und plasmonische Kristalle sowie Heterokristalle aus Silizium und Polystyren sowohl auf starren als auch auf flexiblen Substraten her. Danach füllten die Forscher die Lücken zwischen den Kristallen unter Anwendung der Atomlagenabscheidung mit Metallen oder Oxiden und charakterisierten die Eigenschaften der neuartigen Nanopartikelsysteme. Die neu entwickelten Materialien demonstrierten Fähigkeiten zur Änderung ihrer Eigenschaften (z. B. der Farbe) durch externe Reize wie bspw. Stress oder elektrische Felder. Hierdurch bieten sich Anwendungsmöglichkeiten, die von optischen Schaltkreisen im Bereich der Kommunikation bis hin zum Energy Harvesting und zur Energiespeicherung reichen. Ein weiterer Bestandteil der Arbeit war auf die Entwicklung einer metallodielektrischen Kolloidkristall-Plattform für plasmonische Schaltungen, für optische Transformationen und für die Quanteninformationsverarbeitung ausgerichtet. Die Wissenschaftler bereiteten mithilfe von Asbestkanälen als Vorlagen plasmonisch-photonische Hybrid-Kristalle und Arrays aus Metall und Halbleiter-Nanodrähten vor. Das Team stellte zudem künstlich metallbeschichtete photonische Strukturen her und untersuchte eine Vielzahl von Oberflächenmodi gründlich. Die Ergebnisse zeigten, dass tiefe Korrugationen in optisch transparenten Metallfilmen eine Resonanzüberlagerung ermöglichen, welche die photonische Integration vereinfachen und die Herstellungskosten senken kann.
Schlüsselbegriffe
Nanomaterialien, Photonik, PHANTASY, Nanopartikelassemblierungen, Nanostrukturen
