Durchbruch in der Nano-Optik: Grazer Forschergruppe entwickelt weltweit neue Messmethode

19.01.2009: Wissenschaftern von TU Graz und Karl-Franzens-Universität Graz ist es als weltweit erster Gruppe gelungen, die Verteilung von Oberflächenplasmonen - das sind elektronische Dichteschwankungen an der Oberfläche von Metallen - auf Gold-Nanoteilchen mit Energiefilterungs-Elektronenmikroskopie zu messen. Die neuen Erkenntnisse liefern die Basis für ein breites Anwendungsspektrum für Informationsverarbeitung und Biosensorik und waren nur aufgrund der Zusammenarbeit zwischen den beiden Grazer Universitäten möglich.

Nano-Optik nutzt Licht, um Informationen zu übertragen. Genaue Kenntnis der Phänomene, die sich im Bereich von nur wenigen Nanometern abspielen, bildet die Basis für die Weiterentwicklung möglicher Anwendungen. Daher sind Messmethoden, die sich mit diesen "kleinsten Größen" befassen, zentral. "Die Idee zu erstmaligen Messungen von Plasmonen auf Gold-Nanoteilchen hatten wir schon länger, die Umsetzung war aber erst gemeinsam mit den Kollegen der Karl-Franzens-Universität Graz möglich", berichtet Ferdinand Hofer, der das Institut für Elektronenmikroskopie und Feinstrukturforschung der TU Graz leitet. Dort stehen nach eigenen Angaben die leistungsfähigsten Elektronenmikroskope Österreichs, unter anderem mehrere Energiefilterungsmikroskope, wie sie für die speziellen Messungen benötigt wurden. An der Karl-Franzens-Universität Graz erfolgte dann die Prüfung der Messergebnisse am PC: Physiker Ulrich Hohenester und sein Dissertant Andreas Trügler bestätigten die Messungen durch rechnerische Simulation am PC.

Mit der neuen Messmethode können die Forscher Oberflächenplasmonen mit einer wesentlich besseren Auflösung messen als mit bisher gebräuchlichen optischen Methoden. Die Genauigkeit von einem Millionstel Millimeter scheint nun völlig neue technologische Anwendungen in greifbare Nähe rücken zu lassen: Denkbar sind Entwicklungen in der Biosensorik, wo nanoskopische Systeme genutzt werden, um etwa menschliche DNA zu erkennen. Oberflächenplasmonen können aber auch geeignet sein, optische Informationen in Computerchips deutlich schneller zu übertragen als dies mit herkömmlichen Computern möglich ist. Die neuen Erkenntnisse aus Graz könnten also zu einem entscheidenden Durchbruch in der Informationsverarbeitung beitragen.

Originalveröffentlichung: Bernhard Schaffer et al; "High-resolution plasmon imaging of gold nanoparticles by energy-filtered transmission electron microscopy"; Physical Review B (2009)