Durchbruch in der Nanotechnologie

Das Unsichtbare mit innovativer Mikroskopie sichtbar machen.

Wissenschaftler*innen der Abteilung Physikalische Chemie am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft haben eine bahnbrechende Entdeckung im Bereich der Nanotechnologie gemacht, wie in ihrer neuesten Veröffentlichung in Advanced Materials detailliert beschrieben. Ihr Artikel mit dem Titel „Spectroscopic and Interferometric Sum-Frequency Imaging of Strongly Coupled Phonon Polaritons in SiC Metasurfaces “ stellt eine neuartige Mikroskopiemethode vor, die eine beispiellose Visualisierung von Nanostrukturen und deren optischen Eigenschaften ermöglicht.

Kontrolle von Licht mit Nanomaterialien

Metamaterialien, die im Nanomaßstab konstruiert werden, weisen einzigartige Eigenschaften auf, die in natürlich vorkommenden Materialien nicht zu finden sind. Diese Eigenschaften resultieren aus ihren nanoskaligen Bausteinen, die bisher direkt aufgrund ihrer Größe, die kleiner als die Wellenlänge des Lichts ist, schwer zu beobachten waren. Die Forschung des Teams überwindet diese Einschränkung, indem sie eine neue Mikroskopietechnik einsetzt, die gleichzeitig sowohl die Nano- als auch die Makrostrukturen dieser Materialien visualisieren kann.

Ein neues Fenster in die Nano-Welt

Die Haupterkenntnis dieser Forschung ist ein methodischer Durchbruch, der die Visualisierung von Strukturen ermöglicht, die zuvor mit traditioneller Mikroskopie zu klein waren, um gesehen zu werden. Durch die innovative Nutzung von Licht haben die Wissenschaftler*innen herausgefunden, wie man eine Farbe des Lichts innerhalb der Struktur „einfangen“ und durch Mischen mit einer zweiten Farbe, die die Struktur verlassen kann, dieses eingefangene Licht visualisieren kann. Dieser Trick enthüllt die verborgene Welt der nanoskaligen optischen Metamaterialien.

Über fünf Jahre Entwicklung

Diese Errungenschaft ist das Ergebnis von mehr als fünf Jahren engagierter Forschung und Entwicklung unter Nutzung der einzigartigen Merkmale des Freie-Elektronen-Lasers (FEL) am Fritz-Haber-Institut. Diese Art der Mikroskopie ist besonders, da sie ein tieferes Verständnis von Metaoberflächen ermöglicht und den Weg für Fortschritte in Technologien wie Linsendesign ebnet, mit dem ultimativen Ziel, flachere, effizientere optische Geräte zu schaffen.

Die Zukunft der flachen Optik

Durch die Verbesserung unseres Verständnisses von Metaoberflächen öffnet diese Forschung die Tür zur Entwicklung neuer Lichtquellen und zum Design kohärenter thermischer Lichtquellen. „Wir stehen erst am Anfang“, sagt das Forschungsteam, „aber die Auswirkungen unserer Arbeit für das Feld der flachen Optik und darüber hinaus sind immens. Unsere Technik erlaubt es uns nicht nur, die Funktionsweise dieser Nanostrukturen zu visualisieren, sondern auch sie zu verbessern, indem wir 3D-Optik auf 2D reduzieren und alles kleiner und flacher machen.“

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Alexander Paarmann
alexander.paarmann@fhi.mpg.de

Originalpublikation:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202312507

Weitere Informationen:

https://www.fhi.mpg.de/1590322/2024-07-26_Breakthrough_in_Nanotechnology