Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Durch zu enge Löcher gezwängt

27.01.2011
Photonen-Plasmonen-Kopplung: Farbstoff lotst Licht durch perforierte Metallfolien

So wie Photonen Bündel von Lichtenergie sind, so versteht man unter Plasmonen Energie-Einheiten von Plasmaschwingungen, also Oszillationen der Elektronendichte in einem Festkörper. Oberflächen-Plasmonen, Plasmonen an der Oberfläche von Metallen, eröffnen neue Perspektiven für die Manipulationn und Leitung von Licht in vielen Bereichen, von moderner optischer Datenverarbeitung bis zu biomedizinischen Sensoren.

In der Zeitschrift Angewandte Chemie beschreiben Thomas W. Ebbesen, James A. Hutchison und ein Team der Universität Straßburg (Frankreich) nun einen interessanten neuen Effekt, der auf einer Kopplung von Photonen und Plasmonen beruht: Farbstoffmoleküle helfen Licht durch Löcher in Metallfolien, die so klein sind, dass das Licht nach herkömmlichen Theorien eigentlich gar nicht hindurchpassen dürfte.

Gemäß der klassischen Theorie von Abbe dürfte Licht Löcher so gut wie nicht passieren, wenn deren Durchmesser deutlich kleiner als die Wellenlänge ist. Wie von Ebbesen und seiner Arbeitsgruppe vor etwas mehr als zehn Jahren entdeckt, ist die Transmission für regelmäßige Lochmuster jedoch deutlich höher als gedacht. Vereinfacht gesprochen wird Licht in Oberflächenplasmonen umgewandelt. In diesem Zustand können die Photonen durch die Löcher auf die Rückseite der Metallfolie gelangen, wo sie wieder als Licht in Erscheinung treten können.

Das französische Team beschreibt nun ein weiteres Phänomen: Liegen Farbstoffmoleküle direkt auf der perforierten Metalloberfläche, verstärken sie deren Transparenz deutlich. Anders als man meinen würde, können die zusätzlichen Transparenz-Fenster bei Wellenlängen auftreten, die die Moleküle stark absorbieren. Interessanterweise tritt der Effekt auch bei Metallfolien mit unregelmäßig angeordneten Löchern auf, sogar ein einzelnes Loch reicht aus.

Die Forscher vermuten, dass zwei sich ergänzende Effekte eine Rolle spielen. Einerseits erzeugen Farbstoffmoleküle, die in den Löchern sitzen, dort eine starke Änderung des Brechungsindex in einer Weise, dass die Transmission von Wellenlängen nahe der Absorptionsbande bevorzugt wird. Andererseits erzeugt das Farbstoffmolekül ein „Spiegelbild“ seines elektrischen Dipols im freien Elektronenplasma des Metalls. Dipol und Spiegelbild-Dipol wechselwirken miteinander. Absorbiert das Molekül Licht, überträgt es die Lichtenergie komplett auf die Metalloberfläche, wo sie an Oberflächenplasmonen koppelt, was die Transmission erleichtert. Beide Effkte zusammen ermöglichen es dem Licht, den Metallfilm effektiv zu passieren.

Die Entdeckung ist ein neuer Ansatz, um perforierte Metallfilme mit maßgeschneiderter Transmission im sichtbaren Lichtbereich auszustatten, indem man einfach einen Farbstoff mit der gewünschten Absorptionswellenlänge aufträgt – z.B. interessant für Solarenergietechnik, Filter und Sensoren. Dass Moleküle in vorübergehenden angeregten Zuständen deutlich andere Absorptionseigenschaften haben als im Grundzustand, verleiht diesen Metallfilmen eine zusätzliche dynamische Komponente, die eine Anwendung als rein optische ultraschnelle Schalter eröffnet.

Angewandte Chemie: Presseinfo 02/2011

Autor: Thomas W. Ebbesen, Université de Strasbourg (France), http://www-isis.u-strasbg.fr/nano/start

Angewandte Chemie, Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201006019

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany

Dr. Renate Hoer | idw
Weitere Informationen:
http://presse.angewandte.de
http://www-isis.u-strasbg.fr/nano/start

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie