Auftritt Spaser

Die Spezialfähigkeit, die Oberflächen-Plasmonen zum Superhelden macht, ist ihre Eigenschaft mit Photonen koppeln zu können, dann aber mit einer sehr viel kleineren Wellenlänge weiterzulaufen (Etwa Faktor 10 kleiner) und womöglich wieder in ein Photon umgewandelt zu werden. So wurde die Idee zum Spaser 2003 von David Bergman und Mark Stockman vorgeschlagen, denn so könnte mit einer sehr viel kleineren Struktur kohärentes Licht erzeugt werden.

Und jetzt ist diese Möglichkeit zum ersten Mal realisiert worden. Vor kurzem präsentierten M. Noginov und seine Kollegen aus Norfolk, Purdue und Cornell ihre Ergebnisse in Nature. Ihre Resonator ist ganze 44 nm groß und sendet doch Licht von 530 nm (also im optischen Bereich) aus.

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Bildquelle: Purdue University

Im Bild sieht man einen der Resonatoren, eine spezielle Struktur, die als “Cornell-Punkt” bekannt ist: Ein Goldpartikel, eingebettet in eine Quarzschale, die mit einem Farbstoff dotiert ist. Bestrahlt man die Körnchen mit Licht, regt man auf der Goldoberfläche Plasmonen an, die durch den Farbstoff in der Schale verstärkt werden (Spaser), und schließlich in der Emission als sichtbares Licht ausgekoppelt werden (Nano-Laser).

Wann steigt die Feier?

Moment, behaltet eure Hüte auf. Bis jetzt ist das eine Demonstration des Prinzips. Eine tolle Sache, ohne Frage, aber man hat noch keine gerichtete Emission des Laserlichtes, man beobachtet aber eine Emission von Licht mit 530 nm Wellenlänge:

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Bildquelle: Purdue University

Außerdem ist nicht ein einzelner Punkt auf einer Nanostruktur gezielt angeregt worden, man hat Millionen von Punkte in einer Emulsion angeregt. Dann hat man die Emulsion 100fach verdünnt und festgestellt: Ja, wir haben immer noch Emission bei 530 nm.

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Kommentare (7)

  1. #1 hape
    08/26/2009

    plasmonen sind genau das Thema, über das ich noch einen Bericht schreiben muss, da kommt mir dieser Beitrag sehr gelegen ;).

  2. #2 Alexander
    08/26/2009

    Ok, jetzt kann ich mir ein bisschen besser vorstellen, was bei Verfahren wie Surface Plasmon Resonance eigentlich passiert! Das haben sich die Biologen nämlich auch schon geklaut 😉

  3. #3 Stan
    08/26/2009

    Was genau zeigt die dritte Grafik? Ist sie das Ergebnis einer Simulation oder eine Fotografie? Wäre nett, wenn das mal jemand erläutern könnte.

  4. #4 Jörg
    08/26/2009

    Stan: Das ist das Ergebnis einer Simulation, aber das Paper ist nur ein Letter, es stehen keine weiteren Informationen drin wie die gerechnet wurde.

  5. #5 beka
    08/26/2009

    Das Verfahren ähnelt der einer Leuchtstoffröhre, bei der das UV-Licht des Gases durch einen Farbstoff auf der Oberfläche umgewandelt wird. Jetzt muss man nur noch Nanoröhrchen einsetzen um das Licht zu kanalisieren. Dann hat man einen gebündelten Strahl.

    Was man auch machen kann, ist die Oberfläche so zu gestalten, dass man einen Reflektor erhält.

  6. #6 Thorsten Feichtner
    09/23/2010

    Eine wichtige Sache zu den Oberflächen-Plasmonen, um das allgemeine Verständnis zu fördern: In Wirklichkeit heißen sie Oberflächen-Plasmon-Polaritionen. Polariton ist einfach ein weiteres “Pseudo”teilchen, welches aus einer Kopplung von Licht und irgendeinem anderen Teilchen besteht. Das ist wichtig, weil jede Ansammlung von elektrischer Ladung auch ein elektrisches Feld (Photonen) erzeugt. Damit kommt es an der Metalloberfläche zu Plasmonen, die Photonen erzeugen, die wieder selbst Plasmonen erzeugen, … und nur deswegen funktioniert das auch mit der Farbstoffhülle. Die erzeugten Photonen befinden sich immer außerhalb der Metalls und können so angeregte Zustände abregen.

    PS: ich doktor grade daran herum: http://nanoscale-optics.de/

  7. #7 Jörg
    09/23/2010

    @Thorsten: Danke für die Erläuterungen, das mit den Polaritonen war mir nicht ganz klar!