Optische Untersuchung von Metaoberflächen

Photonische Nanomaterialien

Prof. Isabelle Staude
Optische Untersuchung von Metaoberflächen
Foto: Manuel Decker

Die Arbeitsgruppe „Photonische Nanomaterialien“ widmet sich hauptsächlich der Untersuchung der grundlegenden optischen Eigenschaften und möglichen Anwendungen von Nanopartikeln mit Abmessungen im Subwellenlängenbereich, die lokalisierte optische Resonanzen unterstützen. Resonante Nanopartikel und ihre Anordnungen können komplexe und oft überraschende Wechselwirkungen mit Licht zeigen, was zu Phänomenen wie "magnetischem Licht", gerichteter Streuung und starken Nahfelderhöhungen führt. Mit den Möglichkeiten der modernen Nanotechnologie können diese Wechselwirkungen durch die Größe, Form, Materialzusammensetzung und Anordnung der Nanopartikel maßgeschneidert werden. Resonante Nanopartikelstrukturen sind daher eine vielseitige Forschungsplattform zur Untersuchung grundlegender Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie und nanoskaliger Kopplungsphänomene. Darüber hinaus bieten sie einzigartige optische Funktionen, die neue Möglichkeiten für Anwendungen wie Quantenlichtquellen der nächsten Generation, flache optische Komponenten und die optische Kommunikation eröffnen. Wir kombinieren top-down und bottom-up Nanofabrikationsansätze, um experimentell hybride photonische Systeme zu realisieren, die die Emission, Ausbreitung und Absorption von Licht und alle seine Eigenschaften im Nanobereich steuern können, und verwenden eine Reihe spezieller Techniken für ihre optische Charakterisierung.

Logo Mie Resonanzen Logo Mie Resonanzen Foto: Isabelle Staude

Ein aktueller Forschungsschwerpunkt sind z.B. Nanopartikel, die aus hochtransparenten Dielektrika mit hohem Brechungsindex bestehen. Solche Nanopartikel unterstützen lokalisierte elektrische und magnetische Mie-artige Resonanzen vom (siehe Bild) und bieten damit eine verlustarme Alternative zu plasmonischen Nanostrukturen. Am bekanntesten ist, dass hocheffiziente funktionelle Meta-Filme (englisch: Metasurfaces), z. B. für die resonante Wellenfrontkontrolle, die nichtlineare Frequenzerzeugung und die spektrale Filterung, durch spezielle Anordnungen entworfener dielektrischer Nanoresonatoren in einer Ebene erzeugt werden können. Eine aktive Schaltbarkeit und Durchstimmbarkeit dielektrischer Meta-Filme konnten wir z.B. durch Integration mit Flüssigkristallen erreichen. Darüber hinaus haben wir die Verwendung von Mie-resonanten dielektrischen Nanopartikeln als Nanoantennen mit hoher Strahlungseffizienz zur spontanen Emissionskontrolle untersucht.

Flüssigkristalle für Metaoberflächen Flüssigkristalle für Metaoberflächen Foto: Isabelle Staude

Forschungungsthemen

  • Nanophotonik
  • Metamaterialien und Meta-Filme
  • Nanoantennen
  • Hochbrechende dielektrische Nanopartikel
  • Hybride Quantensysteme
  • Quantenemitter
  • Nanofabrikation
  • Nanoplasmonik
  • Optik auf Subwellenlängenskala
  • Photonische Kristalle
Arbeitsgruppe "Photonische Nanomaterialien"
Rotes Haus
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07743 Jena
Telefon
+49 3641 9-47330
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