Forschende der Universität Stuttgart konnten in Zusammenarbeit mit Gruppen an der Universität Duisburg-Essen und am Technion in Haifa auf ultraglatten Goldschichten erstmals eine extreme Kompression des sichtbaren Lichts nachweisen. Dieser Effekt war bisher nur theoretisch vorhergesagt und von einer technischen Nutzung weit entfernt. Durch die Beobachtung eröffnen sich nun unter anderem neue Möglichkeiten im Bereich der hoch auflösenden Mikroskopie. Die Arbeit wurde jüngst in der Fachzeitschrift Science Advances publiziert.
Licht wird durch seine Frequenz und seine Wellenlänge charakterisiert. Die Frequenz gibt an, wie oft das elektromagnetische Feld pro Sekunde hin- und herschwingt, und die Wellenlänge, die für sichtbares Licht zwischen 400 und 800 Nanometern (Millionstel Millimetern) liegt, misst den Abstand zwischen zwei Wellenbergen.
Normalerweise sind Frequenz und Wellenlänge direkt miteinander verknüpft, denn ihr Produkt ergibt gerade die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Auf Metalloberflächen jedoch kann dieser Zusammenhang aufgebrochen werden. Hier ist es nämlich möglich, mithilfe frei schwingender Elektronen so genannte Oberflächenplasmonen zu erzeugen, die eine wesentlich kürzere Wellenlänge als das eingestrahlte Licht besitzen. Das elektrische Feld des Lichtes kann die Elektronen auf der Oberfläche in Bewegung versetzen, so dass diese sich ähnlich wie Wasserwellen in dichteren und dünneren Zonen auf der Metalloberfläche konzentrieren.
Wie bei Wasser, wo der Abstand der Wellen von der Tiefe des Wassers abhängt, kann man diesen Effekt auch bei Metalloberflächen ausnutzen, wenn man die Dicke des Metalls geeignet variiert. So kann bei einer Metallschicht von etwa 20 Nanometern Dicke, die auf eine Siliziumoberfläche aufgebracht ist, sichtbares Licht leicht um einen Faktor 5 oder mehr in seiner Wellenlänge zusammengequetscht werden.
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Fachliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Harald Giessen, Dr. Bettina Frank, Universität Stuttgart, 4. Physikalisches
Institut, Tel. +49 711 6856 -5111, -5109, E-Mail:
giessen@physik.uni-stuttgart.de,
b.frank@pi4.uni-stuttgart.de
Originalpublikation:
B. Frank, P. Kahl, D. Podbiel, G. Spektor, M. Orenstein, L. Fu, T. Weiss, M.
Horn-von Hoegen, T. J. Davis, F.-J. Meyer zu Heringdorf, and H. Giessen: Science Advances 3,
e1700721 (2017), DOI:
10.1126/sciadv.1700721