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EU fördert Forschung zu Lichtantenne

EU-finanzierte Forscher haben eine Antenne geschaffen, die Licht auf dieselbe Art einfängt, wie andere Antennen Funksignale für Fernsehen oder Radio. Ihrer Ansicht nach wird ihre Entdeckung zur Entwicklung von Werkzeugen für industrielle Sicherheit, Verteidigung und innere Sic...

EU-finanzierte Forscher haben eine Antenne geschaffen, die Licht auf dieselbe Art einfängt, wie andere Antennen Funksignale für Fernsehen oder Radio. Ihrer Ansicht nach wird ihre Entdeckung zur Entwicklung von Werkzeugen für industrielle Sicherheit, Verteidigung und innere Sicherheit beitragen. Das in der Zeitschrift Nature Nanotechnology vorgestellte Gerät ist ein Ergebnis des Projekts BIMORE ("Bio-inspired molecular optoelectronics"), das fast 3 Mio. EUR aus dem Mobilitätsprogramm der Marie-Curie-Ausbildungsnetze unter dem Sechsten Rahmenprogramm (RP6) erhalten hat. Die Forscher unter der Leitung des Physikers Doug Natelson, Spezialist für kondensierte Materie, und des Doktoranden Dan Ward von der Rice University in den USA entwickelten eine optische Antenne aus zwei Goldspitzen - getrennt von einem nanoskaligen Spalt, hunderttausendfach dünner als ein menschliches Haar -, die Licht von einem Laser auffängt. Professor Natelson erklärte, dass die Spitzen "das Licht ergreifen und auf ein winziges Volumen fokussieren", was zu einer Erhöhung der Lichtintensität in dem Spalt um den Faktor Eintausend führt. Ihm zufolge könne die Entdeckung zur Entwicklung von Werkzeugen für die Optik sowie für chemische und biologische Sensoren beitragen, sogar in der Größenordnung von Einzelmolekülen, mit Implikationen für die industrielle Sicherheit, die Verteidigung und die innere Sicherheit. "Dass Ihre Autoantenne aus Atomen besteht, ist irrelevant, sie funktioniert einfach", sagte Professor Natelson. "Aber bei winzigen metallischen Stücken, die sich so nah beieinander befinden, muss man jedes Detail beachten. Die Feldstärken werden sehr hoch sein, die Situation wird kompliziert und du stehst vor riesigen Hindernissen." Er wies darauf hin, dass seine Forschungsgruppe den Schlüssel zur Messung von verstärktem Licht gefunden hat: Man muss den elektrischen Strom zwischen den Goldspitzen messen. "Werden Nanospitzen so nahe beieinander zu positioniert, erlaubt es der Ladung per Tunneleffekt zu fließen, da die Elektronen von einer Seite zur anderen geschoben werden", so die Forscher. Danach konnten sie Elektronen in Bewegung versetzen, indem sie sie mit einer Spannung bei niedrigen Frequenzen schoben, und zwar auf stark kontrollierbare. Durch das Licht des Lasers begannen sie zu fließen, wobei die Ladung mit der sehr hohen Frequenz des Lichtes angestoßen wurde. "Durch die Fähigkeit, die beiden Prozesse zu vergleichen, haben wir einen Standard erstellt, wie die Lichtverstärkung ermittelt werden konnte", sagte Professor Natelson und merkte an, dass es sich bei der Verstärkung um einen "plasmonischen Effekt" handelt: Plasmonen, die durch Licht angeregt werden können, sind oszillierende Elektronen in metallischen Strukturen, die sich wie Wellen auf dem Wasser verhalten. "Nimmt man eine Struktur aus Metall und scheint Licht darauf, fangen die Elektronen an, in dieser Metallstruktur umherzuschwappen", erklärte er. "Man kann sich die Elektronen im Metall als eine inkompressible Flüssigkeit vorstellen, wie Wasser in einer Badewanne. Und wenn man sie hin und her schwappen lässt, entstehen elektrische Felder." Er erklärte, dass "diese Felder an den Oberflächen des Metalls sehr groß sein können - viel größer als die der ursprünglichen Strahlung", allerdings sei es sehr schwer zu messen, wie groß sie waren. "Wir wussten nicht, wie sehr die beiden Seiten auf und ab schwappten - und genau das war die Frage, die uns bewegte". Er fügte hinzu, dass sie durch die gleichzeitige Messung der niederfrequenten elektrisch angeregten und der hochfrequenten optischen Ströme zwischen den Spitzen "in der Lage sind herauszufinden, was für eine Spannung bei den extrem hohen für Licht charakteristischen Frequenzen hin und her zischte". Der Forscher erklärte, dass er mit seinem Team diese verstärkten Felder untersuchte, weil sie für Sensoren und nichtlineare Optik eine wichtige Rolle spielen. "Alles, womit sie die Dinge in diesem winzigen Maßstab in den Griff bekommen, ist sehr nützlich", sagte er. Beiträge zu dieser Studie kamen auch von Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie in Deutschland und der Freien Universität Madrid in Spanien.

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