Optische Resonanzen dielektrischer und halbleitender Nanopartikeln für planare Photonik und Metaoberflächen

• Antragsteller: Dr. Andrey Evlyukhin
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 313688289

Dieses Projekt widmet sich detaillierter theoretischer und numerischer Untersuchungen der optischen Eigenschaften von beliebig geformten dielektrischen Nanopartikeln mit hohem Brechungsindex und daraus aufgebauten komplexen Nanostrukturen. Diese Nanostrukturen zeigen ausgeprägte optische Resonanzen und haben großes Potential für die Realisierung von multifunktionalen Metaoberflächen und neuartigen integrierten optischen Komponenten. Hierbei werden die Einflüsse von Form, Größe, Umgebung und Bestrahlungs-bedingungen betrachtet. Der zentraler Ansatzpunkt des Projektes ist die Ausnutzung von Multipolmoden in hochbrechenden dielektrischen (Halbleiter-) Nanopartikeln für das Design von Metaoberflächen und optischen Bauelementen zur stabilen Kontrolle und Manipulation von Lichtenergie. Zu diesem Zweck soll hier ein neuer theoretischer Ansatze auf Basis einer diskreten Multipolapproximation entwickelt werden. Diese Methode beinhaltet die Kombination elektrischer und magnetischer Mutipol-Polarisierbarkeiten einzelner Nanopartikel zusammen mit den gekoppelten Multipolgleichungen. Darüber hinaus sollen hierbei die Wechselwirkungen von hochbrechenden dielektrischen (Halbleiter-) Nanopartikeln mit elektromagnetischen Oberflächenwellen (Oberflächen-plasmonpolaritonen) auf metallisch-dielektrischen Grenzflächen untersucht werden. Mögliche Anwendungsgebiete wie ultraflache Displays, Systeme zur Energieumformung und integrierter Optik werden hierbei studiert. Die Projektergebnisse werden visualisiert durch Computersimulationen, die als Softwarekomplex entwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Boris Chichkov; Professor Dr. Carsten Reinhardt