Plasmonische Gitter – programmiert mittels molekularer Selbstorganisation

• Antragstellerin: Professorin Dr. Laura Na Liu
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Biomaterialien ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448727036

Plasmonische Gitter stellen eine neue Art von Metamaterialien dar, welche durch die präzise Anordnung von metallischen Nanostrukturen entstehen. Ein solches Metamaterial kann, bei geeignetem Design, völlig neuartige optische, elektronische und magnetische Eigenschaften aufweisen. Plasmonische Gitter, die mit herkömmlichen „top-down“ Nano-Fabrikationstechniken wie der Elektronenstrahl-Lithographie (EBL) oder der fokussierten Ionenstrahlabtragung (FIB) hergestellt wurden, sind nicht beliebig skalierbar und darüber hinaus von statischer Natur. Nach der Herstellung sind somit keine dynamischen Änderungen des Gitters mehr möglich.Diese Einschränkungen werden wir durch den Einsatz von DNA-Origami überwinden. Die „bottom-up“ DNA-Origami-Technologie ist beliebig skalierbar und erlaubt es nicht nur plasmonische Gitter bestehend aus metallischen Nanostrukturen herzustellen sondern auch nach der Herstellung dynamisch zu kontrollieren. Hierzu werden wir zunächst DNA-Origami-Felder mit vordefinierender Morphologie erstellen, welche als Gerüst für die metallischen Nanostrukturen dienen. Die aus dem DNA-Origami-Gerüst und den Nanopartikeln bestehenden plasmonischen Gitter werden experimentell und theoretisch hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften erforscht. Hierbei steht sowohl der Einfluss der DNA-Origami-Gerüste sowie die Größe, Geometrie, Zusammensetzung und Anzahl der Nanopartikel als auch deren spezielle Positionen im DNA-Gerüst im Fokus der Forschungsarbeiten. Darüber hinaus werden spezielle DNA-Origami-Gerüste konzipiert und realisiert. Diese ermöglichen eine dynamische Rekonfiguration der plasmonischen Gitter und deren maßgeschneiderten optischen Eigenschaften in Abhängigkeit von verschiedenen externen Stimuli. Zuletzt werden wir die Anwendung von plasmonischen Gittern zur optischen Detektion von chemischen und biologischen Substanzen erforschen. Um eine spezifische und sensitive Detektion zu gewährleisten werden unter anderem auch Multiplexing-Techniken zum Einsatz kommen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Pengfei Wang, Ph.D.