Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Erkenntnisse in der Photonik

21.05.2001

Forscher aus Stuttgart, Marburg und Bonn kontrollieren das Zusammenspiel von Licht und Goldteilchen



Goethe erwähnt es in seiner Farbenlehre, und bereits die Glasmacher im Mittelalter wussten es, wenn sie ihre bunten Kirchenfenster herstellten: Kleine Partikel aus Gold, Silber oder Kupfer färben Glas. Je nach Größe dieser Nanoteilchen und nach der verwendeter Glassorte kann man ein leuchtendes Rot oder auch ein kräftiges Blau erhalten. Forschern des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung in Stuttgart, der Philipps-Universität Marburg und der Universität Bonn ist es nun gelungen, die Absorptions-Eigenschaften dieser Metall-Nanopartikel und damit die Farbe des Glases zu variieren. Ihre Ergebnisse lassen sich vielleicht bei der Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Glasfasernetzen nutzen.



Seit den späten fünfziger Jahren weiß man, was die Ursache der Farbe ist: Fällt Licht durch eine Scheibe mit den kleinen Metallkolloiden, so wird ein Teil verschluckt. Verloren gehen dem Licht dabei genau die Lichtteilchen oder Photonen, deren Energie die Elektronen zum Schaukeln wie in einem Wasserglas bringen kann. Physiker bezeichnen dies auch als Anregung eines Oberflächenplasmons. Die schaukelnden Elektronen reiben sich aneinander, und die Lichtenergie wird in Wärme verwandelt. Daher fehlt die Farbe der verschluckten Photonen nach dem Durchqueren der Glasscheibe im Licht. Dahinter kann man nur noch die Komplementärfarben sehen. Die Metallpartikel können aber nur das Licht absorbieren, das gerade passt, um diese Elektronenbewegung, ein sogenanntes Oberflächenplasmon, anzuregen.

Bis vor kurzem hatte man also gedacht, das Phänomen verstanden und im Griff zu haben. Jetzt hat eine Gruppe von Forschern des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung in Stuttgart und der Philipps-Universität Marburg in Zusammenarbeit mit Stefan Linden, Dr. Jürgen Kuhl und Prof. Dr. Harald Gießen von der Universität Bonn herausgefunden, dass sich die Absorptions-Eigenschaften dieser Metall-Nanopartikel ändern lassen, ja sogar das komplette Abschalten der Absorption bei einstellbaren Wellenlängen möglich wird. Das berichtet die führende Fachzeitschrift "Physical Review Letters" in ihrer Ausgabe vom 14. Mai.

Der fundamental neue Ansatz, den die Forscher verwenden, ist die sogenannte photonische Kopplung dieser Nanoteilchen. Dazu werden die winzigen Goldpunkte in einem regelmäßigen Muster auf einen geeigneten Lichtwellenleiter aufgebracht. Dieser fängt jetzt das von einem Metallteilchen ausgesandte Licht ein und sendet es direkt zum Nachbarteilchen. So können die Partikel ihre Bewegung mit dem Nachbarn synchronisieren. Koppelt nun so ein ganzes Feld von Gold-Nanoteilchen zusammen, so entsteht ein sogenannter zweidimensionaler photonischer Kristall, dessen optische Eigenschaften nicht mehr nur durch die Einzelteilchen, sondern vielmehr durch das Kollektiv und seine spezielle Anordnung bestimmt werden.

Die photonischen Kristalle sind im Moment Gegenstand weltweiter intensiver Untersuchungen. Von ihnen erhofft man sich ganz neuartige integrierte optische Schaltkreise, bei denen Licht anstelle von Elektronen auf Nanostrukturen umhergeleitet wird. Auch wären neuartige Komponenten für die Telekommunikation denkbar. Die Realisierung der Goldteilchen-Wellenleiterstruktur durch die deutschen Forscher könnte daher ein wichtiger Schritt zur Verwirklichung des Zieles von integrierten photonischen Systemen in der Nanotechnologie darstellen.


Weitere Informationen: Prof. Dr. Harald Gießen, Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn, Tel.: 0228/73-3481 oder -3477, Fax: 0228/73-9827, E-Mail: giessen@uni-bonn.de, WWW: http://www.iap.uni-bonn.de

Frank Luerweg |
Weitere Informationen:
http://www.iap.uni-bonn.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

nachricht Innovative High Power LED Light Engine für den UV Bereich
22.06.2017 | Omicron - Laserage Laserprodukte GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Im Focus: Forscher entschlüsseln erstmals intaktes Virus atomgenau mit Röntgenlaser

Bahnbrechende Untersuchungsmethode beschleunigt Proteinanalyse um ein Vielfaches

Ein internationales Forscherteam hat erstmals mit einem Röntgenlaser die atomgenaue Struktur eines intakten Viruspartikels entschlüsselt. Die verwendete...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

Forschung zu Stressbewältigung wird diskutiert

21.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt

22.06.2017 | Physik Astronomie

Evolutionsbiologie: Wie die Zellen zu ihren Kraftwerken kamen

22.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Spinflüssigkeiten – zurück zu den Anfängen

22.06.2017 | Physik Astronomie