Nanooptik

Die Arbeitsgruppe Nanooptik befasst sich mit den physikalischen Grundlagen der Wechselwirkung von Licht mit Objekten im Größenbereich unter der Lichtwellenlänge, also Nanostrukturen und –partikeln, sowie Molekülen. Eine zentrale Rolle in unserer Forschung spielen metallische Nanostrukturen, deren optisches Verhalten durch sogenannte Oberflächenplasmonen dominiert ist. So zeichnen sich plasmonische Nanopartikel durch resonant verstärkte und stark lokalisierte optische Felder aus, deren spektrales Profil durch die entsprechende Strukturgeometrie bestimmt wird. Einerseits erforschen wir die quantenoptischen Mechanismen der plasmonischen Feldverstärkung und deren zeitliche Dynamik im Femtosekundenbereich. Andererseits untersuchen wir Quantenemitter, z.B. Moleküle oder Quantendots, deren intrinsische Absorptions- und Emissionsdynamiken durch die Wechselwirkung mit plasmonischen Systemen stark modifiziert werden, was völlig neue Einblicke in die elektronische Struktur einfacher Quantensysteme ermöglicht. Plasmonische Materialien erlauben des Weiteren etwa die Umsetzung von optischen Wellenleitern im Nanometermaßstab, da ihre Querschnitte nicht durch die klassische Beugungsbegrenzung limitiert sind. Neben unseren grundlegenden Arbeiten widmen wir uns auch der Anwendung nanooptischer Systeme in der Biosensorik und für die Effizienzsteigerung von Lichtquellen und -detektoren.

Praktisch alle Arbeiten der an sich experimentell ausgerichteten Arbeitsgruppe sind stark an  Modellierung und Simulation angebunden. Dies ergibt sich aus der Notwendigkeit die Eigenschaften optischer Systeme in einem Größenordnungsbereich zu verstehen, in welchem sowohl die konventionellen makroskopischen als auch dipolaren Beschreibungen versagen, und für welche damit numerische Verfahren für eine vollständige Beschreibung angewandt werden müssen. Eine langjährige erfolgreiche Zusammenarbeit besteht mit der Arbeitsgruppe Theoretische Festkörperphysik des Instituts für Physik (Ulrich Hohenester), die Werkzeuge zur Simulation plasmonischer Nanostrukturen, deren Kopplung an Quantenemitter und deren Wechselwirkung mit Elektronen entwickelt hat. Die Arbeitsgruppe Nanooptik arbeitet auch eng mit internationalen Theoriegruppen zusammen, und liefert durch die experimentelle Validierung und die Bestimmung relevanter Materialparameter nicht zuletzt einen wichtigen Beitrag für die weitere Entwicklung der theoretischen Methoden. Schließlich ist die Modellierung in der Anwendung eigener Codes aber auch kommerzieller Simulationstools auch ein integraler Teil des Arbeitsprogramms  der Nanooptik-Gruppe.

Ansprechpartner: Joachim Krenn