Durchstimmbarkeit von Superlinsen durch Ferroelektrika (STuFe)

• Antragstellerin: Dr. Susanne Kehr
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282590387

Metamaterial-basierte Superlinsen bilden ein ebenso faszinierendes wie rentables Forschungsthema, in welchem raffinierte physikalische Konzepte wie negative Lichtbrechung mit modernsten materialwissenschaftlichen Methoden kombiniert werden. In diesem Projekt beabsichtigen wir, Superlinsen bestehend aus mehrlagigen, ferroelektrischen Materialien herzustellen, experimentell zu untersuchen und zu optimieren, um eine verlustarme, spektral durchstimmbare Super-Auflösung von einem Fünfzigstel der Wellenlänge zu erreichen. Hierfür kombinieren wir unsere Kompetenzen auf den Gebieten der ferroelektrischen Metamaterialien und der Nahfeldmikroskopie, um eine infrarote (IR) Durchstimmbarkeit für mikroskopische und spektroskopische Anwendungen zu realisieren. Insbesondere mit der Verwendung von nah- bis fern-infraroten Wellenlängen zielen wir auf Anwendungen im Fingerprint-Wellenlängenbereich von biologischen und organischen Einzelmolekülen ab, sowie auf die Untersuchung und Erforschung von neuartige Materialien wie z.B. 2-dimensional-leitenden Materialien im THz-Bereich.Im Speziellen steht die Weiterentwicklung von Superlinsen bezüglich spektraler Durchstimmbarkeit und erhöhter Funktionalität im Mittelpunkt dieses Projekts, insbesondere um deren spektrale Bandbreite zu erhöhen. Ferroelektische Materialien sind aufgrund ihrer tensoriellen piezoelektrischen, elektrooptischen und pyroelektrischen Eigenschaften hierfür optimal geeignet. Demzufolge erlaubt uns eine externe Stimulanz und Anregung beispielsweise auf elegante Weise die Materialresonanz akkurat auf Signaturen der molekularen Fluoreszenzemission abzustimmen, wodurch ein effizientes Ein- und Ausschalten unserer Superlinse erreicht wird. Um diese Durchstimmbarkeit in unserem Experiment zu erreichen, greifen wir auf unsere früheren Arbeiten zurück, in denen wir IR-Nahfeldmikroskopie an nanoskaligen Superlinsen mit Hilfe des Freie-Elektronen Lasers am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) kombiniert haben, welcher eine breitbandige, gepulste Infrarotlaserquelle im Wellenlängenbereich von 4 bis 250 Mikrometern darstellt. Des Weiteren wird unser experimentelles Vorgehen durch fundierte theoretische Betrachtungen abgesichert und ergänzt. Wir werden das optische Verhalten der Superlinsen evaluieren und dieses durch externe elektrische Felder kontrollieren, wobei eine Erweiterung auf weitere externe Anregung wie magnetische Felder, mechanische Verspannungen, Temperaturänderungen und/oder UV Beleuchtung möglich ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Lukas M. Eng