Physik. Ein Forschungsteam unter Beteiligung der Uni Graz hofft mit „Super-Schwingungen“ auf neue Anwendungsmöglichkeiten in Sensorik und Halbleiter-Industrie.
Licht auf Nanometerskala gezielt steuern zu können, ist die Voraussetzung für viele technologische und wissenschaftliche Anwendungen in der Sensorik und Halbleiter-Industrie, in der Telekommunikation und der Biotechnologie. Bei all diesen Verfahren spielt die Streuung des Lichts an Nanopartikeln aus Metallen oder Halbleitern eine entscheidende Rolle.
Allerdings gibt es eine physikalische Grenze, die die Lichtstreuung und damit die Effizienz von Anwendungen beschränkt: die sogenannte Einzelkanalschranke, erläutert die Uni Graz in einer Aussendung. Physiker der Uni haben nun in Zusammenarbeit mit einem internationalen Team aus Forschenden herausgefunden, wie sich diese Grenze überschreiten lässt, und ihre Ergebnisse im Forschungsjournal Nature Communications publiziert (Adrià Canós Valero, Hadi K. Shamkhi, Anton S. Kupriianov, Vladimir R. Tuz, Thomas Weiss, Alexander A. Pavlov, Dmitrii Redka, Vjaceslavs Bobrovs, Yuri Kivshar and Alexander S. Shalin: „Superscattering Emerging from the Physics of Bound States in the Continuum“).
Neue Anwendungen in Sicht
Damit eröffnen sich neue technologische Möglichkeiten, heißt es: „Wir haben einen Mechanismus entdeckt, der Nanopartikel zu Super-Streuern macht“, berichtet Adrià Canós-Valero, Erstautor der Publikation. „Entscheidend sind Form und Dimensionen der Teilchen. Wenn ein Laser auf ein Nanopartikel trifft, wird ein Teil des Lichts gestreut. Indem Partikel mit bestimmter Größe und Form konzipiert werden, lassen sich die Eigenschaften des Lichts – das heißt, wie viel in welche Richtungen und bei welchen Wellenlängen gestreut wird – kontrollieren und steuern.“
Die Inspiration kam aus einer unerwarteten Quelle. „Es gibt auch Nanostrukturen, in denen Licht gefangen bleibt und nicht gestreut wird. „Wir haben herausgefunden: Wenn wir solche Strukturen durch Veränderungen von Größe und Form brechen und das Licht freilassen, entsteht eine neue Art von Resonanz – eine Schwingung, die Licht besonders stark streut, sogar über die Einzelkanalschranke hinaus. Wir nennen solche Schwingungen Super-Dipol-Resonanzen“, erklärt Thomas Weiss, Leiter der Arbeitsgruppe Theoretische Nanophysik an der Universität Graz.
In einem Experiment mit Mikrowellen haben die Forschenden die Funktionsweise super-streuender Nanopartikel bereits nachgewiesen. Demnächst soll das auch mit sichtbarem Licht gelingen, lautet die Zielrichtung der weiteren Forschung.
