Optische Schaltkreise im Nanomaßstab
Die Entdeckung der Geheimnisse der Quantenwelt hat bereits zu neuen Materialien und Geräten geführt. Die synchronisierten Schwingungen der Elektronenladungsdichte an den Grenzflächen einiger Metall-Nanostrukturen werden lokalisierte Oberflächenplasmonenresonanzen (localised surface plasmon resonances, LSPRs) genannt. Aktive Plasmonikgeräte, die chemische oder physikalische Eingaben zur Steuerung von Plasmonensystemen nutzen, könnten auch in optischen Nano-Schaltungen eingesetzt werden, etwa für moderne Biosensoren. Wird ein Magnetfeld angelegt, entsteht ein magnetoplasmonisches System. Das EU-finanzierte Projekt "Imaging the plasmonic activity of magnetic nanostructures" (IPMAGNA) wurde entwickelt, um mithilfe lokaler Sondenmikroskoptechniken LSPRs mit magnetooptischen (MO) Eigenschaften in Nanostrukturen zu untersuchen. Zu diesem Zweck versuchten die Wissenschaftler, LSPRs in nanostrukturierten Materialien durch Licht anzuregen, um die magnetischen Komponenten ihrer Feldverteilung mithilfe von Magnetkraftmikroskopie zu messen (MFM-Messung bei Lichteinwirkung). Für die MFM-Messungen modifizierten die Forscher die Sondenspitze eines konventionellen Rasterkraftmikroskops (Atomic Force Microscopy, AFM) mit einer Metallbeschichtung. Sie entwickelten Nanofertigungstechniken, um Nanoscheiben und Nanolöcher in Dünnschichten zu erzeugen. Durch kontrollierte Zusammensetzung und Abmessung der Nanostrukturen waren sie in der Lage, die Wellenlängen (bzw. Schwingungsfrequenzen) der LSPRs auf jene des zur MFM-Messung genutzten Lasers abzustimmen. Um die MFM-Messtechnik zu optimieren, wurden anschließend die Interferenzen zwischen Anregungs- und Detektionslaser minimiert und das Signal-Rauschverhältnis erhöht. Schließlich nutzten die Wissenschaftler einen neuen Erkennungsmodus, der die laterale Auflösung um 20% erhöhte, bei nur 2 Nanometern Messabstand der Sondenspitze. Obwohl die Forscher keine zuverlässige magnetische Signatur in LSPRs erkannten, deuten die Ergebnisse an, dass stärkere Laserleistung die inhärenten Probleme lösen kann. In der Zwischenzeit sollten die vom Team neu entwickelten magnetischen Messtechniken in der akademischen Forschung und Industrie, wo MFM-Technik zur Bewertung magnetischer Speichermedien üblich ist, unmittelbare Verwendung finden.
