Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

NAWI Graz-Forschende vermessen Lichtfelder erstmals in 3D

26.06.2017

Forschende von TU Graz und Uni Graz stellen in Nature Communications die neuartige Methode der 3D-Plasmonen-Tomographie vor.

Licht als Informationsträger ist aus der modernen Kommunikationstechnologie nicht wegzudenken. Die kontrollierte Manipulation von Lichtquanten, sogenannten Photonen, bildet die Basis etwa für drahtlose Datenübertragung oder den Datentransport in optischen Glasfasern.


3D Darstellung von Plasmonenfelder an Nanopartikeln.

© Haberfehlner - TU Graz


Gerald Kothleitner (links) und Georg Haberfehlner (vorne rechts) mit einem weiteren Kollegen vor ASTEM, Österreichs leistungsfähigstem Elektronenmikroskop.

© Lunghammer - TU Graz

Aufgrund der Wellennatur des Lichts und seiner Beugungsgrenze kann es mit rein optischen Komponenten allerdings nur auf den Mikrometerbereich (10-6 m) fokussiert werden. Ulrich Hohenester vom Institut für Physik der Karl-Franzens-Universität Graz erklärt:

„Um eine effizientere Wechselwirkung zwischen Photonen und Nanostrukturen zu ermöglichen, koppeln wir im Forschungsfeld der Plasmonik Licht an metallische Nanopartikel, etwa Gold oder Silber.“ Abhängig von Größe, Form, Umgebung und Material bilden sich resonant schwingende Elektronenwolken aus, sogenannte Oberflächenplasmonen. Hohenester weiter: „Diese kollektive Elektronenschwingung ermöglicht uns eine Lichtfokussierung im Nanometerbereich und so vielfältige Anwendungen in der Sensorik oder Photovoltaik.“

Plasmonenfelder abbilden

Möglich wird die direkte Beobachtung der Plasmonenfelder erst dank Österreichs leistungsfähigstem Elektronenmikroskop ASTEM, Austrian Scanning Transmission Electron Microscope, am Zentrum für Elektronenmikroskopie Graz. Die Elektronenmikroskopie hat sich in den letzten Jahren als ideale Methode zur Vermessung von Plasmonenfeldern entwickelt. Gerald Kothleitner, Leiter der Arbeitsgruppe für analytische Transmissionselektronenmikroskopie des Instituts für Elektronenmikroskopie und Nanoanalytik der TU Graz führt aus:

„Ein hochenergetischer Elektronenstrahl bewegt sich nah an der Probe vorbei oder durchdringt diese. Elektronen in der Umgebung der Probe erfahren Energieverluste, die wir spektroskopisch messen können. So entstehen zweidimensionale Abbildungen der Plasmonenfelder mit Sub-Nanometerauflösung. Informationen über die dritte Raumrichtung, entlang der sich die Elektronen bewegen, gehen bei diesem Verfahren zunächst verloren.“

Durchbruch in 3D

In der vorliegenden Arbeit, die jetzt im Open Access Journal Nature Communications veröffentlicht wurde, konnten die NAWI Graz-Forschenden erstmals zeigen, dass durch Drehung der Probe und Bearbeitung einer Serie von gekippten, zweidimensionalen Projektionen die dritte Dimension vollständig im Rahmen einer tomographischen Aufnahme rekonstruiert werden kann.

Diese Methode funktioniert ähnlich der in der Medizin angewandten Computertomographie und trägt in Anlehnung dazu die Bezeichnung 3D-Plasmonen-Tomographie. Kothleitner und Hohenester über die Auswirkungen ihres Forschungserfolges: „Durch dieses neuartige Verfahren wird es nun erstmals möglich, die Plasmonenfelder so zu vermessen, dass damit Anwendungen im Bereich der Sensorik, Solarzellentechnologie und Computer-Storage besser verstanden oder überhaupt erst möglich werden.“

Bildmaterial honorarfrei verfügbar unter http://bit.ly/2sRX1h7


Zur Originalpublikation:
Tomographic imaging of the photonic environment of plasmonic nanoparticles
Anton Hörl, Georg Haberfehlner, Andreas Trügler, Franz-Philipp Schmidt, Ulrich Hohenester & Gerald Kothleitner
Nature Communications | DOI s41467-017-00051-3
https://www.nature.com/articles/s41467-017-00051-3

NAWI Graz
Stärkung, Ausbau und internationale Positionierung sowie die Bündelung von Know-how der naturwissenschaftlichen Forschung und Lehre in Graz – das sind die Ziele von NAWI Graz. NAWI Graz ist eine naturwissenschaftliche interuniversitäre Kooperation der Karl-Franzens-Universität Graz und der TU Graz: gemeinsame Lehre, Forschung und Doktoratsprogramme. Alle Studien im naturwissenschaftlichen Kooperationsbereichen werden gemeinsam angeboten – rund 5.200 Studierende nutzen dieses Angebot.

An der TU Graz ist dieser Forschungsbereich im Field of Expertise „Advanced Materials Science“ verankert, einem von fünf strategischen Forschungsschwerpunkten. An der Universität Graz ist diese Arbeit dem Forschungsschwerpunkt „Modelle und Simulation“ zugeordnet.

Kontakt:
Gerald KOTHLEITNER
Ao.Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn.
TU Graz | Institut für Elektronenmikroskopie und Nanoanalytik
Tel.:+43 316 873 8336
E-Mail: gerald.kothleitner@felmi-zfe.at

Ulrich HOHENESTER
Ao.Univ.-Prof. Mag. Dr.rer.nat.
Karl-Franzens-Universität Graz | Institut für Physik
Tel.: +43 316 380 5227
E-Mail: ulrich.hohenester@uni-graz.at

Mag. Susanne Eigner | Technische Universität Graz
Weitere Informationen:
http://www.uni-graz.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas
19.09.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern
15.09.2017 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

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: 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,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungen

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

Zwei Grad wärmer – und dann?

19.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie