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 Optisches Nanoskop ermöglicht Abbildung von Quantenpunkten
23.01.2018 | Universität Basel

nachricht Reisetauglicher Laser
22.01.2018 | Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

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: Forscher decken die grundsätzliche Limitierung im Schlüsselmaterial für Festkörperbeleuchtung auf

Zum ersten Mal hat eine internationale Forschungsgruppe den Kernmechanismus aufgedeckt, der den Indium(In)-Einbau in Indium-Galliumnitrid ((In, Ga)N)-Dünnschichten begrenzt - dem Schlüsselmaterial für blaue Leuchtdioden (LED). Die Erhöhung des In-Gehalts in InGaN-Dünnschichten ist der übliche Ansatz, die Emission von III-Nitrid-basierten LEDs in Richtung des grünen und roten Bereiches des optischen Spektrums zu verschieben, welcher für die modernen RGB-LEDs notwendig ist. Die neuen Erkenntnisse beantworten die langjährige Forschungsfrage: Warum scheitert dieser klassische Ansatz, wenn wir versuchen, effiziente grüne und rote LEDs auf InGaN-Basis zu gewinnen?

Trotz der Fortschritte auf dem Gebiet der grünen LEDs und Laser gelang es den Forschern nicht, einen höheren Indium-Gehalt als 30% in den Dünnschichten zu...

Im Focus: Optisches Nanoskop ermöglicht Abbildung von Quantenpunkten

Physiker haben eine lichtmikroskopische Technik entwickelt, mit der sich Atome auf der Nanoskala abbilden lassen. Das neue Verfahren ermöglicht insbesondere, Quantenpunkte in einem Halbleiter-Chip bildlich darzustellen. Dies berichten die Wissenschaftler des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel zusammen mit Kollegen der Universität Bochum in «Nature Photonics».

Mikroskope machen Strukturen sichtbar, die dem menschlichen Auge sonst verborgen blieben. Einzelne Moleküle und Atome, die nur Bruchteile eines Nanometers...

Im Focus: Optical Nanoscope Allows Imaging of Quantum Dots

Physicists have developed a technique based on optical microscopy that can be used to create images of atoms on the nanoscale. In particular, the new method allows the imaging of quantum dots in a semiconductor chip. Together with colleagues from the University of Bochum, scientists from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute reported the findings in the journal Nature Photonics.

Microscopes allow us to see structures that are otherwise invisible to the human eye. However, conventional optical microscopes cannot be used to image...

Im Focus: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

23.01.2018 | Veranstaltungen

Gemeinsam innovativ werden

23.01.2018 | Veranstaltungen

Leichtbau zu Ende gedacht – Herausforderung Recycling

23.01.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Enzym mit überraschender Doppelfunktion

24.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

Neuartiger hoch-produktiver Prozess für robuste Schichten auf flexiblen Materialien

24.01.2018 | Messenachrichten

Neuartiger Sensor zum Messen der elektrischen Feldstärke

24.01.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics