Durchbruch bei Erforschung neuer Mikroskopietechnik gelungen

Markus Selmke und Marco Braun von der Forschergruppe 877 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) bzw. der Graduiertenschule BuildMoNa haben die Grundlagen für das Aufspüren sogenannter heißer Nanoteilchen gelegt. Ihre neue Mikroskopietechnik ermöglicht es, winzige Nanoteilchen unterhalb der optischen Auflösungsgrenze sichtbar zu machen, indem man sie mit einem Laser leicht aufheizt. In dem umgebenden Material entsteht dabei eine Art Fata Morgana, die dann mit Hilfe eines zweiten Lasers genau verfolgt werden kann.

Diese sogenannte photothermische Mikroskopie an einzelnen Goldnanopartikeln eröffnet ein weites Feld neuer Anwendungen von der Chemie, über die optische Datenverarbeitung bis hin zur Tumortherapie. Die beiden Doktoranden haben ihre Forschungsergebnisse in dem renommierten Journal „ACS Nano“ veröffentlicht.

Die photothermische Mikroskopie nutzt kleinste Mengen an Wärme, die einzelne Moleküle oder Nanopartikel nach der Absorption von Licht an ihre Umgebung abgeben. „Die Wärme erzeugt eine winzige Linse, eine Nanolinse, wie wir durch unsere Messungen und den Vergleich mit einer von uns entwickelten präzisen Theorie nachgewiesen haben“, erläutert Markus Selmke.

Den Forschern ist es damit nicht nur möglich, einzelne absorbierende Nanopartikel genau in ihren optischen Eigenschaften zu vermessen, sie können vielmehr auch die Temperaturerhöhung in der Umgebung der Partikel genau kontrollieren. „Damit wissen wir, wie sich gezielt Materialien auf wenigen Nanometern thermisch verändern lassen oder wie wir kleinste Partikel und Moleküle mit Hilfe von Wärme vorantreiben können“, erklärt Braun. Das funktioniere so ähnlich wie bei der bekannten Lichtmühle.

Braun ist Doktorand der Graduiertenschule BuildMoNa und beschäftigt sich mit der Anwendung dieser Nanoheizquellen für Molekülfallen.

Selmke arbeitet an einem Projekt innerhalb der sächsischen Forschergruppe 877, die seit dem vergangenen Jahr von der DFG für weitere drei Jahre gefördert wird. „Beide Doktoranden haben sich wunderbar ergänzt und so Theorie und Experiment mit unglaublicher Genauigkeit zusammengeführt“, sagt Prof. Cichos vom Institut für Experimentelle Physik I. Er ist Sprecher der Forschergruppe. Eine zweite Publikation zu diesem Thema sei bereits von dem Fachblatt „Optics Express“ zur Veröffentlichung angenommen worden. Die Forscher hoffen, damit dem noch jungen innovativen Forschungsgebiet der „Heißen Nanopartikel und Nanostrukturen“ einen entscheidenden Anschub gegeben zu haben.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Frank Cichos
Abteilung Molekulare Nanophotonik Universität Leipzig
Telefon: +49 341 97-32571
E-Mail: cichos@physik.uni-leipzig.de