Untersuchung von Oberflächenplasmonen mit dem JPK Rastertunnel-mikroskop am Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay, Paris

Die Forschungsarbeit der "Molecular Nanoscience" Gruppe am ISMO zielt unter anderem darauf ab, Schaltkreise und Geräte zu entwickeln, bei denen Informationen durch Oberflächenplasmonen übertragen und verarbeitet werden, nicht durch Elektronen oder Photonen. Warum aber Plasmonik entwickeln, wenn es schon Lösungen mit Elektronen und Photonen gibt? Elektronik war bisher äußerst erfolgreich bei der Miniaturisierung und hat Computer hervorgebracht, die in eine Handfläche passen. Die Geschwindigkeit elektronischer Geräte ist jedoch fundamental durch Hitzeentwicklung limitiert, Photonik andererseits hat eine schnelle Datenübertragung im Internet ermöglicht, da optische Glasfaserkabel eine hohe Bandbreite besitzen. Optischen Geräten sind aber auch Grenzen gesetzt, in diesem Fall bei der Größe, die durch das Beugungslimit des Lichts bestimmt wird. Das Ziel der Forschungsgruppe ist es daher, Plasmonik zu entwickeln, die die Vorteile von Elektronik und Photonik vereinigt , und so miniaturisierte Schaltkreise und Geräte mit hoher Bandbreite herzustellen, die mit Oberflächenplasmonen arbeiten. Um das kommerziell zu realisieren ist eine lokale energiearme Oberflächenplasmonenquelle notwendig.

Gruppenleiterin Dr. Elizabeth Boer-Duchemin erläutert das Forschungsprojekt: "Wir überlegen einen elektrischen Tunnelkontakt als lokale elektrische Plasmonenquelle zu verwenden. Als Prototyp untersuchen wir daher den Tunnelkontakt, der sich zwischen der Spitze eines Rastertunnelmikroskops und einer metallischen Probe herstellt. Wir haben uns für das JPK Rastertunnelmikroskop aus einer ganzen Reihe von Gründen entschieden, aber in erster Linie war für uns ausschlaggebend, dass das JPK STM problemlos auf ein inverses Lichtmikroskop montiert werden kann, so dass wir die Oberflächenplasmonen detektieren können. Das Design der sog. Tip-Assisted-Optics (TAO)-Stage ermöglicht es uns außerdem mühelos, Spitze und Probe unabhängig voneinander zu bewegen. In unseren Experimenten verwenden wir STM, um Oberflächenplasmonen anzuregen. Diese strahlen dann als Photonen ab, was nichts anderes als emittiertes Licht ist, das wir schließlich detektieren. Ich möchte auch dem Entwicklerteam bei JPK danken, das uns sehr bei dem Projekt geholfen hat. Das ist eine sehr ungewöhnliche Anwendung und sie hatten einen entscheidenden Anteil an der Erstellung der spezialisierten Software, die diese Arbeit erst möglich gemacht hat."

Die Gruppe hat einige Artikel über diese Forschungsarbeit veröffentlicht, darunter 2016 in Fachpublikationen wie Nanotechnology[1] oder Optics Express[2].

JPK Instruments entwickelt, konstruiert und fertigt Instrumente in Deutschland zu weltweit anerkannten Standards der deutschen Feinmechanik, Qualität und Funktionalität. Für weitere Einzelheiten über das NanoWizard®-System und seine AFM- und STM-Einsatzmöglichkeiten, sowie weitere Produkte und Anwendungen besuchen Sie uns auf der JPK Webseite www.jpk.com, YouTube, Facebook oder LinkedIn.

Literatur

[1] "The mechanism of light emission from a scanning tunnelling microscope operating in air", B. Rogez, S. Cao, G. Dujardin, G. Comtet, E. Le Moal, A. Mayne and E. Boer-Duchemin, Nanotechnology, 27, 465201 (2016).

[2] "Surface plasmon polariton beams from an electrically excited plasmonic crystal", D Canneson, E Le Moal, S Cao, X Quelin, H Dallaporta, G Dujardin & Elizabeth Boer-Duchemin, Optics Express, 4, 26186 (2016)