Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Laserpulse erzeugen Nano-Antennen

03.06.2014

Nur zwei kurze Laserblitze benötigt man an der TU Wien um an einer Aluminium-Oberfläche Nano-Strukturen zu erzeugen, die den photoelektrischen Effekt des Materials drastisch verstärken.

Wenn man fest mit einem zentimetergroßen Hammer auf eine Metallplatte schlägt, kann man nicht erwarten, dass man dadurch millimeterfeine Kunstgravuren hinterlässt. Ein vergleichbares Kunststück gelingt allerdings an der TU Wien mit Hilfe von Laserpulsen: Beschießt man Metalloberflächen auf die richtige Weise mit Laserlicht, entstehen feine Antennenstrukturen, die um Größenordnungen kleiner sind als der Durchmesser des Laserpulses. Diese Nano-Antennen eigenen sich hervorragend zum Aussenden von Elektronen.


Die Nanoantenne nach dem Laserbeschuss

TU Wien


Letzte Feinjustage für die Bearbeitung einer Oberfläche mit sub-10fs Laserstrahlung.

TU Wien

Spitze Strukturen fördern den photoelektrischen Effekt

Wenn Licht auf eine Metalloberfläche auftrifft, können Elektronen herausgelöst werden. Dieser „photoelektrische Effekt“ ist schon lange bekannt. Doch nicht überall fällt es den Elektronen gleichermaßen leicht, die Oberfläche zu verlassen: Weist sie feine, spitze Strukturen auf, lösen sich deutlich mehr Elektronen heraus als das bei einer völlig glatten Oberfläche möglich wäre. Genau in den Spitzen tritt nämlich ein besonders starkes elektrisches Feld auf. Dieser Effekt ähnelt der Tendenz eines Blitzes, in hohen, spitzen metallischen Masten einzuschlagen.

Besonders stark ist dieser Effekt, wenn die Spitze auch noch einer Mulde sitzt, die einfallende Wellen zur Spitze hin fokussiert. Die Herstellung solcher Strukturen gelang nun Prof. Wolfgang Husinsky vom Institut für Angewandte Physik der TU Wien in Zusammenarbeit mit führenden Fachkollegen aus Russland (Sergey Makarov,Sergey Kudryashov, Lebedev Physics Institute Russian Academy of Sciences).

„Je nachdem, welche Laserparameter man wählt, können Laserpulse zu Nanostrukturen verschiedenster Art führen“, sagt Wolfgang Husinsky. Ausschlaggebend sind die Laserleistung, die Pulszeit, die genaue Form des Laserpulses sowie die Anzahl der Pulse, die man auf die Oberfläche abfeuert. Am Institut für Angewandte Physik der TU Wien wird schon lange an extrem kurzen Laserpulsen geforscht: Weniger als 10 Femtosekunden (10^(-15) Sekunden) dauern die kürzesten Lichtblitze in Wolfgang Husinskys Labor.

Erst ein Krater, dann eine Antenne

Der Erfolg stellte sich mit einer Kombination aus zwei Laserpulsen ein: Der erste hinterlässt kreisrunde Krater mit einem Durchmesser von etwa 1.3 Mikrometern. Schuld daran sind Plasmonen und Polaritonen – Anregungen der Elektronen im Metall und Kopplungen von elektrischen Feldern mit Atomschwingungen. Der Bereich, der vom Laserpuls beleuchtet wird, ist viel größer als diese Krater, so kann also ein einziger Laserpuls eine Vielzahl an Kratern erzeugen.

Wenn man dann dieselbe Stelle noch einmal mit einem weiteren Laserpuls beschießt, dann bildet sich bei geeigneten Laserparametern in den Kratern eine Spitze aus. Das elektrische Feld des Lasers wird durch die Form des Kraters lokal verändert, und dieses starke Feld wird durch die nadelförmige Antenne, die bloß einige Dutzend Nanometer dick ist, weiter verstärkt Diese Nanoantennen im Mikro-Krater sind perfekt für die Elektronenemission. Wenn Licht auf diese Nanostrukturen fällt, wird es vom Krater auf die Spitze fokussiert, ähnlich wie ein Parabolschirm die Wellen eines Satelliten auf die Fernsehantenne lenkt. So ist eine fünfzigmal höhere Elektronenemission möglich als bei einer völlig ebenen und glatten Metalloberfläche.

Vom Aluminium bis zum Protein

„Die Materialbearbeitung mit ultrakurzen Laserpulsen ist ein boomendes Forschungsgebiet, das bei vielen verschiedene Materialien tolle Anwendungsmöglichkeiten verspricht“, ist Wolfgang Husinsky überzeugt. Im Rahmen des von der österreichischen Forschungsgesellschaft FFG geförderten Projektes gemeinsam mit einem Partnerunternehmen, der Femtolasers Produktions-GmbH, untersucht er mit seinem Team Strukturierungsmöglichkeiten von Metallen bis hin zu organischen Materialien wie Kollagen, dem Hauptbestandteil unserer Knochen.

Die Strukturen, die mit Laserpulsen auf Oberflächen erzeugt werden, sind meist winzig, doch verhältnismäßig große Flächen können in einem einzigen Schritt bearbeitet werden. In bestimmten Fällen lassen sich zentimetergroße periodische Strukturen erzeugen. Das ist allerdings nur möglich, wenn man die mikroskopischen Abläufe auf der Festkörperoberfläche genau versteht: „Wenn wir eine Folge von mehreren Laserpulsen auf die Oberfläche abfeuern, dann gibt es eine riesengroße Anzahl an Parametern, die man einstellen kann“, sagt Wolfgang Husinsky. „Die Zahl der Pulse, die Intensität, die Dauer jedes einzelnen Pulses – es ist völlig undenkbar, jede mögliche Parameter-Kombination durchzuprobieren, um das optimale Resultat zu erhalten.“

Man wird also auch weiterhin gut durchdachte Grundlagenexperimente und Simulationsrechnungen benötigen, um ähnliche Erfolge erzielen können wie mit den Nanoantennen.

Die Forschungsergebnisse wurden nun im Fachjournal Laser Physics Letter publiziert:
Laser Physics Letters Vol 11, Number 6 , 1 June 2014 , 065302

Rückfragehinweis:
Prof. Wolfgang Husinsky
Institut für Angewandte Physik
Technische Universität Wien
Wieder Hauptstrasse 8-10
1040 Wien, Austria
T: +43 1 58801 13441
husinsky@iap.tuwien.ac.at

Weitere Informationen:

http://www.tuwien.ac.at/dle/pr/aktuelles/downloads/2014/nano_antennen/ Bilderdownload

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie