Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Perfekte Nanokugeln durch ultrakurze Laserpulse

16.04.2014

Die Gruppe Nanophotonics des Laser Zentrum Hannover e.V (LZH) hat eine Methode etabliert, mit ultrakurzen Laserpulsen Nanopartikel mit vorgegebenen, reproduzierbaren Größen aus verschiedenen Materialien zu drucken und präzise auf einem Trägermaterial zu platzieren. Im Zuge dessen ist es den Wissenschaftlern erstmals gelungen, perfekt runde Silicium-Nanopartikel mit einem Durchmesser von 165 nm herzustellen und anzuordnen. Die Methode wurde in Nature Communications in der Ausgabe vom 4. März vorgestellt.

Wissenschaftler am LZH konnten erstmals perfekt runde Silicium-Nanopartikel mit einem Durchmesser von 165 nm in geordneten Feldern herstellen. Dies gelang mit einer von ihnen entwickelten Methode, die in Nature Communications in der Ausgabe vom 4. März publiziert wurde.


Aufgeschmolzenes Silicium bildet Nanopartikel aus, die durch die Oberflächenspannung auf ein Empfängersubstrat fliegen.

Foto: LZH


Laser-gedruckte Silicium-Nanopartikel in amorpher (rot) und kristalliner Phase (gelb).

Foto: LZH

Bei dieser neuartigen Methode werden ultrakurze Laserpulse genutzt, um Nanopartikel im zwei- und dreistelligen Nanometer-Bereich aus verschiedenen Materialien wie Metallen, Halbleitern und Dielektrika, zu drucken. Diese können anschließend präzise auf einem Empfängersubstrat positio-niert werden.

Nanopartikel haben die einzigartige optische Eigenschaft, nur Licht bestimmter Wellenlängen zu streuen. Mit weißem Licht angestrahlt, erscheinen sie je nach Größe, Form und Wechselwirkung mit ihrer Umgebung in einer bestimmten Farbe. Daher lassen sie sich für verschiedene Anwendungen in Medizin und Sensorik einsetzen.

Partikelbildung durch Oberflächenspannung
Ausgangspunkt für den Herstellungsprozess ist eine dünne Schicht des Materials, aus dem die Nanopartikel gefertigt werden sollen. Diese wird mit einem einzelnen ultrakurzen Laserpuls bestrahlt und aufgeschmolzen. Durch die Oberflächenspannung des geschmolzenen Materials bildet sich eine Nanokugel aus, die sich nach oben weg bewegt und dann von einem Empfängersubstrat aufgefangen wird. Dabei lässt sich die Position der Teilchen auf dem Empfängermaterial mit sehr hoher Genauigkeit einstellen.

Akkurat und kontrollierbar
„Die neue Methode ist die erste, mit der Nanopartikel in bestimmter Größe hergestellt und gleichzeitig präzise positioniert werden können“, erläutert Prof. Dr. Boris Chichkov, Leiter der Abteilung Nanotechnologie. „Sie ist in dieser Hinsicht chemischen Verfahren weit überlegen, bei denen zwar große Mengen Nanopartikel produziert, diese aber nicht an der gewünschten Position platziert werden können.“ Mit der Methode können zwei- oder dreidimensionale geordnete Partikelstrukturen, wie Nanoantennen, Nanolaser und Metamaterialien, realisiert werden.

Von amorph zu kristallin mit zweitem Puls
Die Herstellung von Silicium-Nanopartikeln mit bestimmter Größe ist besonders interessant, da diese besondere optische Eigen-schaften haben: Sie streuen vor allem das sichtbare Licht stark und reagieren dabei neben dem elektrischen Feld des Lichts auch auf das magnetische. Hingegen wechselwirkt bekannte Materie fast ausschließlich mit dem elektrischen Feld. Dabei wird übereinstimmend mit der Mie-Theorie auch das magnetische Licht gestreut. Die gefertigten Siliciumpartikel liegen nach dem Druckprozess in amorpher Phase vor und können mit einem zweiten Laserpuls in die kristalline Phase transformiert werden.
„Die Ergebnisse haben bereits zur Entstehung der neuen For-schungsrichtung Siliciumnanophotonik mit weltweitem Interesse geführt“, so Chichkov. „Die neue Methode wird daher sicherlich viele neue Anwendungen finden.“

Die Untersuchungen fanden statt im Rahmen der wissenschaftlichen Schwerpunktprogramme SPP 1391 „Ultrafast Nanooptics“ sowie dem Transregioprojekt TRR 123 „PlanOS“. Beide Programme werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

Artikel erschienen in Nature Communications | 5:3402 | DOI: 10.1038/ncomms4402

Lena Bennefeld | Laser Zentrum Hannover e.V.
Weitere Informationen:
http://www.lzh.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Klein bestimmt über groß?
29.03.2017 | Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation

nachricht Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet
29.03.2017 | Technische Universität Wien

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: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Organisch-anorganische Heterostrukturen mit programmierbaren elektronischen Eigenschaften

29.03.2017 | Energie und Elektrotechnik

Klein bestimmt über groß?

29.03.2017 | Physik Astronomie

OLED-Produktionsanlage aus einer Hand

29.03.2017 | Messenachrichten