Design, Herstellung und Test einer kaskadierten plasmonischen Superlinse

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Osten
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 234120627

Die direkte Beobachtung von Subwellenlängen-Strukturen mittels konventioneller Mikroskopie ohne Rückgriff auf Fluoreszenzphänomene ist für die Biologie und Nanotechnologie sehr bedeutend. Um superaufgelöste Abbildungen im Fernfeld bei sichtbaren Wellenlängen zu bekommen, werden wir in diesem Projekt eine planare plasmonische Super-Linse entwerfen, herstellen und testen. Die Super-Linse besteht dabei aus zwei funktionellen Strukturen, die plasmonische Nano-Strukturen enthalten. Die erste Struktur ist ein Metamaterial mit vorgegebener Dispersion, welche die Ausbreitung von Wellen mit großen transversalen Wellenvektoren unterstützt. Zu diesem Zweck werden die von uns intensiv untersuchten metallischen Mäander-Kavitäten eingesetzt. Die zweite Struktur ist eine plasmonische Linse, die aus einem Feld von metallischen Nano-Spalten besteht. Der Zweck dieser Struktur besteht darin, die Phasen der im Metamaterial propagierenden Wellen so zu kompensieren, dass die Wellen mit großem Wellenzahlvektor in Wellen mit geringem Wellenzahlvektor im Freiraum konvertiert werden können. Durch die Verbindung beider Komponenten erwarten wir eine kontrastreiche Abbildung und Vergrößerung von Subwellenlängen-Strukturen. In der ersten Phase des Projekts haben wir das kaskadierte plasmonische Superlinsen-System sowohl numerisch untersucht als auch experimentell hergestellt. Unsere Simulation für das Abbildungssystem zeigte die erwartete subwellenlängen-Abbildungsfähigkeit mit einer Vergrößerung bei 640nm Wellenlänge. Die beiden einzelnen plasmonischen Elemente wurden auch erfolgreich hergestellt unter präziser Kontrolle der Strukturparameter. Allerdings gibt es noch einige Einschränkungen beim aktuellen Design. In der zweiten Phase des Projekts werden wir diese Probleme durch Strukturmodifikation und -optimierung lösen. Wir werden die geometrischen Parameter des Systems optimieren, um den Abstand zwischen den zwei plasmonischen Strukturen zu reduzieren, was die Integration der beiden Elemente in die Nanofertigung erleichtert. Wir werden auch die Herstellungsverfahren der DLMC Struktur optimieren um ihre Transmission zu erhöhen. Durch eine Veränderung im mittleren Bereich der Mäander-Kavität werden wir das Ausrichtungsproblem zwischen dem Objekt und den mäanderförmigen Rippen im aktuellen kaskadierten Abbildungssystem lösen. Schließlich ist geplant das optimierte Abbildungssystem zu fertigen und die Feldverteilung hinter den Superlinsen mit unserem Luftbild-Mikroskop zu charakterisieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen