Plasmonen im atomaren Flachland
Vor fast 70 Jahren zeigten Wissenschaftler, dass Elektronen in Materialien wellenartige, sich fortsetzende Schwingungen aufrechterhalten können – die sogenannten Plasmonen.
Heutzutage befasst sich eine dynamische Plasmonenforschung mit diesen elektronischen Schwingungen, deren Anwendungen für neue, schneller Computerchips, Solarzellen, Biosensoren und sogar Krebstherapien relevant sind.
Plasmonen werden stark von der Geometrie ihrer Umgebung und dem Material, in dem sie erzeugt werden, beeinflusst und lassen sich dadurch für verschiedenste Zwecke steuern. Es war bislang jedoch nicht bekannt, wie sich Plasmonen in einen Extremfall verhalten – nämlich wenn diese Materialien nur wenige Atomlagen dick sind.
Das internationale Forschungsteam mit Felipe da Jornada und Steven Louie vom LBNL an der University of California, Berkeley, und Lede Xian und Ángel Rubio vom MPSD am Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) in Hamburg fokussierten sich auf die Eigenschaften von Plasmonen in solchen Materialien.
Durch Quantenberechnungen entdeckten sie, dass Plasmonen in allen atomar dünnen Materialien merkwürdige Verhaltensweisen an den Tag legen. Dies war anfänglich überraschend für die Autoren: „Die Lehrbuchphysik sagt uns, dass sich Plasmonen in dreidimensional ausgedehnten Festkörpern anders verhalten als in zweidimensionalen Materialien. Aber anders als in diesen vereinfachten Modellen weisen Plamonen in allen echten, atomar dünnen Materialien ein noch anderes Verhalten auf und sind räumlich insgesamt sehr viel lokalisierbarer,“ sagt Felipe da Jornada, nun an der Stanford University.
Diese Unterschiede, sagt Steven Louie, existieren, weil „in echten atomar dünnen Materialien alle anderen nicht-leitenden und nicht-schwingenden Elektronen diese Plasmonen abschirmen, was zu gänzlich anderen Energie-Impuls-Beziehungen für diese Anregungen führt.“
Weitere Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Plasmonen in Systemen wie atomar dünnem TaS₂ sehr lange stabil bleiben können (~ 2ps) und bei typischen experimentellen Bedingungen sehr langsam sind. Dies weist darauf hin, dass sich Plasmonen in atomar dünnen Materialien mit momentan verfügbaren experimentellen Methoden räumlich stark lokalisieren lassen und die Intensität des Lichts um einen Faktor von mehr als 10⁷ erhöhen könnten.
„Diese Forschungsergebnisse sind für viele Anwendungen relevant,“ sagt Ángel Rubio, der Direktor der MPSD-Theorieabteilung, „von der Ermöglichung chemischer Reaktionen durch Katalyse mit Licht bis hin zur Biosensorik und Einzelmolekülspektroskopie.“
Prof. Felipe da Jornada, Erstautor: jornada@stanford.edu
Dr. Lede Xian, Co-Autor: lede.xian@mpsd.mpg.de
Jenny Witt, MPSD Kommunikation und PR: jenny.witt@mpsd.mpg.de
Media Contact
Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie
Neuerungen und Entwicklungen auf den Gebieten der Informations- und Datenverarbeitung sowie der dafür benötigten Hardware finden Sie hier zusammengefasst.
Unter anderem erhalten Sie Informationen aus den Teilbereichen: IT-Dienstleistungen, IT-Architektur, IT-Management und Telekommunikation.
Neueste Beiträge
Druck- und Temperaturmessung im Wälzkontakt
… unter Mischreibung dank innovativem Dünnschicht-Multisensor. Die Messung von Druck und Temperatur spielt eine entscheidende Rolle in verschiedenen technischen Anwendungen von Wälzlagern über Verzahnungen bis hin zu Dichtungen. Vor allem…
Wie Zellen die Kurve kriegen
Die Krümmung einer Oberfläche bestimmt das Bewegungsverhalten von Zellen. Sie bewegen sich bevorzugt entlang von Tälern oder Rillen, während sie Erhebungen meiden. Mit diesen Erkenntnissen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für…
Herzinsuffizienz: Zwei Jahre mit Herzpflaster
Patient berichtet über Erfahrungen. Weltweit einzigartig: Patient*innen mit Herzschwäche wurde im Rahmen einer Studie der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) und des Universitätsklinikums Schleswig-Holstein (UKSH) im Labor gezüchtetes Herzgewebe implantiert. Das sogenannte…