Neue Anwendung für die Nahfeldmikroskopie
Wissenschaftler der Universität Tübingen setzen Goldspitze als „optische Antenne“ ein, um Nanostrukturen zu untersuchen
Wissenschaftler der Universität Tübingen haben eine neue Anwendung für die Nahfeldmikroskopie entwickelt. Die Forschungsgruppe von Professor Alfred Meixner aus dem Institut für Physikalische und Theoretische Chemie hat die Fluoreszenz einer scharfen Goldspitze eingesetzt, um die Nahfelder von Nanostrukturen zu untersuchen. Die Ergebnisse wurden in Zusammenarbeit mit einer Forschergruppe der Universität Stuttgart (Professor Harald Giessen) erreicht und werden in der August-Ausgabe des wissenschaftlichen Journals „Nano Letters“ veröffentlicht.
Schematische Zeichnung der neuen Messmetho (a) Die scharfe Goldspitze rastert über die Struktur, die von einem Laserstrahl angeregt wird. In Bereichen hoher Nahfeldintensität strahlt die Goldspitze rotverschobenes Licht aus, das nach einem Filter detektiert wird. Die resultierenden Bilder sind in b) und c) zu sehen.
Sebastian Jäger/Universität Tübingen
Optische Nahfelder sind oberflächennahe Felder um Objekte im Nanobereich. Sie konnten bisher nur schwer vermessen werden, da sie nur eine geringe Abstrahlung aufweisen: Ihre elektromagnetische Feldstärke fällt innerhalb weniger Nanometer ab und reicht nur in einen Bereich, der kleiner ist als 600 Nanometer ‒ ein Nanometer entspricht einem Millionstel Millimeter. In solchen Nahfeldern können sowohl Kopplungen als auch Energieübertragungen zwischen Nanoobjekten stattfinden. Kennt man die Form und Größe dieser Nahfelder, können solche Prozesse, also die Wechselwirkung zwischen Strukturen, besser verstanden werden.
Die Visualisierung der optischen Nahfelder von Nanoobjekten ist in den letzten Jahren in den Fokus der Forschung gerückt. Es wurden anspruchsvolle Methoden entwickelt, um die Form und Lokalisierung der Nahfelder nachzuweisen, wie beispielsweise die „nahfeldinduzierte Polymerisation“ oder Techniken, die scharfe Spitzen als Sonden einsetzen, um die Auflösung zu verbessern. Einige dieser spitzenbasierten Methoden verwenden punktförmige Objekte, die Strahlung abgeben, wie einzelne Moleküle, während andere die Streuung einzelner Goldnanokugeln als Nahfeldsonde verwenden. Zwar ist die Streuung einer einzelnen Goldkugel sehr stabil, aber dafür beeinflusst diese stark das untersuchte Nahfeld.
Die Tübinger Wissenschaftler haben nun einen neuen Ansatz für die Untersuchung von Nahfeldern plasmonischer Nanoobjekte entwickelt, beispielsweise in Metallen wie Aluminium. Dabei setzen sie die sehr stabile Fluoreszenz einer scharfen Goldspitze mit einem Spitzenradius unter zehn Nanometern ein. Diese wirkt wie eine optische „Breitbandantenne“: Das Nahfeld wird in einer sechseckigen Aluminium-Nanostruktur mit Laserlicht passender Symmetrie angeregt, das entweder azimutal (ringförmig) und radial (von der Mitte ausgehend) polarisiert ist. Dies führt zu einer Energieübertragung von der Struktur zur Spitze, die dadurch zur Fluoreszenz angeregt wird. Dieses „Signal“ ist direkt von der Stärke des Nahfelds abhängig, die Wissenschaftler können so mit einer neuen und vereinfachten Technik Nahfelder von Nanostrukturen vermessen und abbilden.
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