Basler Forscher entwickeln Nanoantenne für Licht
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Pressemitteilung 10. Juni 2005 Basler Forscher entwickeln Nanoantenne für Licht Wissenschaftler des Nationalen Forschungsschwerpunktes (NFS) Nanowissenschaften der Universität Basel haben eine neuartige Antenne entwickelt, die erstmals sichtbares Licht empfangen und senden kann. Diese Antennen sind winzig klein. Sie können in der Biologie und Medizin eingesetzt werden, um detailgenaue Bilder von Zellen und deren Organellen zu erzeugen. Möglich ist unter anderem auch, die Antennen zur Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung mittels optischer Signale zu verwenden. Eine wissenschaftliche Arbeit zur Entwicklung dieser Antennen wird heute im Fachblatt Science veröffentlicht. Antennen als Sender und Empfänger für elektromagnetische Wellen sind ein allgegenwärtiger Bestandteil unseres täglichen Lebens: Mobilfunk, Radio und drahtlose Datennetze sind beispielsweise darauf angewiesen. Die Antennen sammeln elektromagnetische Strahlung, konzentrieren sie und leiten sie weiter. Damit eine Antenne ihre Aufgabe effizient erfüllen kann, muss ihre Grösse etwa der halben Wellenlänge der Strahlen angepasst sein. Alle bisher bekannten Antennen arbeiten mit elektromagnetischen Wellen, die eine sehr viel grössere Wellenlänge als das sichtbare Licht besitzen. Die neue Antenne, die jetzt von dem Forscherteam des NFS Nanowissenschaften vorgestellt wird, ist erstmals geeignet, sichtbares Licht effizient zu empfangen und zu senden. Da sichtbares Licht eine Wellenlänge von nur etwa 500 nm hat, erforderte dies eine dramatische Reduzierung der Antennenlänge und stellt damit besondere Anforderungen an die Herstellung der Strukturen. Die neu entwickelte Antenne ist nur etwa 200 – 400 nm lang und hat einen Durchmesser von 40 nm. Als Ort der Feldkonzentration dient ein etwa 20 nm breiter Graben, der die Antenne in zwei gleich lange Arme teilt (Dipolantenne). Die Antenne bündelt dunkelrotes Licht und erzeugt ein breites Spektrum von Farben, die in ihrer Gesamtheit als weisses Licht beobachtet werden können. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass nur Antennen, deren Länge exakt auf die eingestrahlte Wellenlänge abgestimmt war, dieses weisse Licht erzeugen. Zur Herstellung der Antennen wurden mittels Elektronenstrahl-Lithographie kleine Goldrechtecke präpariert und diese mit einer Ionensäge präzise auf die gewünschte Grösse zugeschnitten. Die Arbeiten wurden in Zusammenarbeit verschiedener Wissenschaftler an der Universität Basel und der EPF Lausanne durchgeführt. „Wir haben mit dieser Arbeit gezeigt, dass das Prinzip der Antenne auch auf Licht übertragbar ist“, kommentiert Professor Bert Hecht, Projektleiter für Nanooptik die Arbeit. „Jetzt werden vielfältige Anwendungen folgen.“ Resonante optische Antennen können in der Zukunft in verschiedenen Gebieten angewendet werden. Als Nanolichtquelle sind sie geeignet, Rasterbilder zu erzeugen, die Details im Bereich von wenigen Nanometern zeigen. Dies ist besonders für biologische und medizinische Fragestellungen von Interesse. Die Forscher denken jedoch auch an eine Nutzung in der Kommunikation mittels Licht, möglicherweise unter Ausnutzung der Eigenschaften von Einzel-Photonen. Optischer Informationstransfer bildet schon heute die Grundlage der Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung beispielsweise über das Internet. Den miniaturisierten optischen Antennen könnte hier eine entscheidende Bedeutung zukommen. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist die Verwendung als optische Pinzette. Winzige Partikel wie Viren oder einzelne grosse Moleküle könnten mit Hilfe von Licht gefangen und dann gezielt bewegt oder verändert werden. Der Nationale Forschungsschwerpunkt (NFS) Nanowissenschaften ist ein langfristig angelegtes interdisziplinäres Forschungsprojekt, das sich mit Strukturen im Nanometerbereich beschäftigt und Impulse für Lebenswissenschaften, Nachhaltigkeit, Informations- und Kommunikationstechnologie geben möchte. Innerhalb des NFS fungiert die Universität Basel als Kompetenzzentrum. Von hier aus wird ein Netzwerk aus Hochschulund Forschungsinstituten und Industriepartnern gesteuert. Der NFS wird vom Schweizerischen Nationalfonds im Auftrag des Bundes durchgeführt. Weitere Informationen www..nccr-nano.org www.nano-optics.ch Prof. Dr. Bert Hecht NCCR Nanoscale Science +41 61 267 3737 [email protected] Die Nationalen Forschungsschwerpunkte (NFS) sind ein Förderinstrument des Schweizerischen Nationalfonds
