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Fachartikel aus Labor, Analytik und Qualitätskontrolle

14.11.2013

Universität Tübingen, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie Die Lumineszenz von Gold macht Optische Nahfelder sichtbar

Sebastian Jäger Kontakt, Prof. Alexander Meixner Kontakt, Universität Tübingen, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie
Mario Hentschel, Universität Stuttgart, 4. Physikalisches Institut und Stuttgart Research Center of Photonic Engineering SCoPE


Forscher aus Tübingen und Stuttgart haben eine neue Möglichkeit gefunden um die optischen Nahfelder von plasmonischen Strukturen sichtbar zu machen. Hierzu verwenden sie ein einfaches, inverses Mikroskop und koppeln dieses mit einer goldenen Nahfeldspitze.

Optische Nahfelder

Optische Nahfelder entstehen, wenn ein Lichtstrahl bzw. eine elektromagnetische Welle auf eine Oberfläche trifft und von dieser reflektiert wird. Dabei bildet sich an dieser Oberfläche ein evaneszentes Feld aus, das dadurch charakterisiert ist, dass es in seiner Intensität exponentiell in etwa dem Bereich einer Wellenlänge abfällt und somit der Wellenvektor komplex wird. Diese Nahfelder haben bei metallischen Nanopartikeln sehr starken Einfluss auf deren optische Eigenschaften. Das optische Verhalten von metallischen Nanopartikeln wird durch die kollektive und kohärente Schwingung der Leitungselektronen, den Plasmonen bestimmt. Nähern sich mehrere solcher metallischer Nanopartikel auf einen Abstand kleiner als die Ausdehnung ihrer Nahfelder, kommt es zur Kopplung der Plasmonen der einzelnen Partikel miteinander. Solche Kopplungen bzw. Nahfelder im Allgemeinen vermessen zu können ist eine der Herausforderungen in der heutigen Wissenschaft um die Interaktionen solcher optisch aktiven metallischen Nanopartikel besser zu verstehen.

Verschiedene Methoden zur Vermessung von Nahfeldern werden bereits angewandt. Diese sind jedoch häufig aufwändig bzw. die Interpretation der Daten ist schwierig. Eine Möglichkeit bietet beispielsweise die Nahfeld-induzierte Polymerisation um die Nahfelder zu visualisieren. Allerdings muss hierzu dasselbe Probengebiet mittels Raster Kraft Mikroskopie (atomic force microscopy, AFM) vor und nach der Polymerisation vermessen werden, um diese beiden Messungen anschließend voneinander abzuziehen. Andere Verfahren setzten auf punktförmige Emitter am Ende einer sehr scharfen AFM Spitze, wie z.B. die Fluoreszenz einzelner Moleküle bzw. die Streuung eines 10 Nanometer großen Goldpartikels. Allerdings ist die Fluoreszenz eines einzelnen Moleküls nicht sehr stabil was zu sehr verrauschten, artefaktreichen Bildern führt. Goldpartikel selbst sind auch plasmonische Teilchen und wechselwirken stark mit dem zu vermessenden Nahfeld.

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