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 Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht
29.05.2017 | Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V.

nachricht Schnell wachsende Galaxien könnten kosmisches Rätsel lösen – zeigen früheste Verschmelzung
26.05.2017 | Max-Planck-Institut für Astronomie

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: Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht

Der steigende Bedarf an schneller, leistungsfähiger Datenübertragung erfordert die Entwicklung neuer Verfahren zur verlustarmen und störungsfreien Übermittlung von optischen Informationssignalen. Wissenschaftler der Universität Johannesburg, des Instituts für Angewandte Optik der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) präsentieren im Fachblatt „Journal of Optics“ eine neue Möglichkeit, glasfaserbasierte und kabellose optische Datenübertragung effizient miteinander zu verbinden.

Dank des Internets können wir in Sekundenbruchteilen mit Menschen rund um den Globus in Kontakt treten. Damit die Kommunikation reibungslos funktioniert,...

Im Focus: Strathclyde-led research develops world's highest gain high-power laser amplifier

The world's highest gain high power laser amplifier - by many orders of magnitude - has been developed in research led at the University of Strathclyde.

The researchers demonstrated the feasibility of using plasma to amplify short laser pulses of picojoule-level energy up to 100 millijoules, which is a 'gain'...

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Lebensdauer alternder Brücken - prüfen und vorausschauen

29.05.2017 | Veranstaltungen

49. eucen-Konferenz zum Thema Lebenslanges Lernen an Universitäten

29.05.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz an der Schnittstelle von Literatur, Kultur und Wirtschaft

29.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligente Sensoren mit System

29.05.2017 | Messenachrichten

Geckos kommunizieren überraschend flexibel

29.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

1,5 Millionen Euro für vier neue „Innovative Training Networks” an der Universität Hamburg

29.05.2017 | Förderungen Preise