SPP 1391: Ultrafast Nanooptics
Final Report Abstract
Ziel des geplanten Schwerpunktprogrammes (SPP) war die Untersuchung und gezielte Steuerung der raum-zeitlichen Dynamik elektromagnetischer Anregungen sowohl in metallischen Nanostrukturen als auch Hybrid-Nanostrukturen. Um diese Ziele zu erreichen hat das SPP Wissenschaftler aus den Bereichen Nanooptik, Ultrakurzzeitspektroskopie, Oberflächenphysik, Chemie, Biologie und Elektrotechnik erfolgreich zusammen gebracht. Die enge und Synergie-fördernde Zusammenarbeit zwischen Experten aus unterschiedlichen Disziplinen war notwendig, um die führende Rolle deutscher Wissenschaftler in diesem jungen Gebiet zu etablieren und auszubauen. Diese intensiv gelebte Interdisziplinarität während den 6 Jahren und die Aktualität der geplanten Forschungsarbeiten rechtfertigte die Einrichtung eines SPP in diesem sich weiterhin rasch entwickelnden Forschungsgebiet der Ultraschnellen Nanooptik. Als wichtigstes umfassendes Ergebnis des SPP soll die erfolgreiche Demonstration gelten, dass eine kohärente breitbandige Anregung von plasmonischen Nanostrukturen erlaubt, die Zeitdomäne als zusätzlichen Freiheitsgrad einzusetzen, um damit die Steuerung der raumzeitlichen Eigenschaften der ortsabhängigen Feldverteilungen zu ermöglichen. Da die Dynamik in diesen Nanostrukturen auf der Femtosekundenzeitskala stattfindet, wurden neuartige ultraschnelle nanooptische Spektroskopiemethoden etabliert, um die zugrunde liegenden mikroskopischen physikalischen Mechanismen aufzuklären. Die Beschreibung und Untersuchung der Dynamik elektromagnetischer Feldverteilungen in komplexen Nanostrukturen stellte große theoretische wie auch experimentelle Herausforderungen an die Mitglieder des SPP. Aus theoretischer Sicht fokussierten sich die Arbeiten auf die selbstkonsistente Beschreibung der zeitlichen Entwicklung von Quantensystemen, die mit einer Nahfeldverteilung wechselwirken. Auf der experimentellen Seite wurden durch die Kombination von Ultrakurzpulsspektroskopie und lokaler kohärenter Steuerung in Nanostrukturen Methoden entwickelt, die diese Felddynamik räumlich und zeitlich abbilden. Insbesondere wurden diverse Techniken entwickelt, die eine Steuerung der lokalen Felder in Nanostrukturen mit Nanometer- und (sub-)Femtosekunden-Auflösung erlauben. Im Verlauf der zweiten SPP-Periode konnte zudem gezeigt werden, dass das Forschungsgebiet der Ultraschnellen Nanooptik sogar deutlich mehr bietet als die Summe von räumlicher und zeitlicher Auflösung, z.B. den Zugang zu Nahfeldanregungen und lokalen Wechselwirkungen, die mit herkömmlichen zeitaufgelösten Methoden unzugänglich sind.
