Zielsetzung: Linsen, Spiegel und Prismen in beinahe zweidimensionaler Variante

7. Februar 2005, 15:39
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Elektronenstrahl-Lithographiegerät am Institut für Experimentalphysik in Graz eingesetzt

Graz - An nahezu zweidimensionalen Varianten optischer Elemente wie Linsen, Spiegel und Prismen arbeitet die Gruppe "Nano-Optik" um Joachim Krenn am Institut für Experimentalphysik der Universität Graz. Es ist bereits gelungen, das Licht als elektrisches Feld durch die feste Materie zu führen und so quasi in der zweiten Dimension zu halten - und weiterzuleiten. Mit Hilfe eines neuen Elektronenstrahl-Lithographiesystems will man letztlich reihenweise Nanometer-Strukturen produzieren, die als Grundlage für nanooptische Elemente dienen.

Das Abbe-Limit

Dem Versuch, das Licht mit Hilfe von optischen Instrumenten wie Linsen zu lenken und damit als Kommunikationsträger zu nutzen, sind in der herkömmlicher Optik Grenzen gesetzt. Die Methoden, bei der sich Lichtfelder frei im Raum ausbreiten und nur an bestimmten Stellen von Linsen, Spiegeln, Prismen usw. in ihrer Richtung geändert werden, unterliegen dem so genannten Abbe-Limit: "Wegen der Beugung ist die Ausbreitung von Lichtfeldern in jenen optischen Elementen unmöglich, die kleiner als die halbe Lichtwellenlänge sind", schildert der Grazer Physiker Krenn, der nach anderen Wegen zur Erreichung des Ziels gesucht hat.

Seine Gruppe koppelt die Lichtstrahlen nun beispielsweise an die Elektronen an der Oberfläche einer nur rund 70 Millionstel Millimeter dicken Silber- oder Goldschicht. Dabei regen die Lichtwellen die Elektronen zu Resonanzschwingungen an - so genannte Oberflächenplasmone - die ihrerseits quasi das Licht an sich binden und es dadurch entlang der Oberfläche der metallischen Nanostrukturen führen. Metalldrähte nach diesem Prinzip mit 50, 20 oder zehn Nanometern Durchmesser (ein Nanometer = ein Milliardstel Meter) wären fein genug, um sie als Grundlage zur Datenverarbeitung oder für kleinste Sensoren heranzuziehen, meint Krenn.

Strukturen im Test

Voraussetzung für einen solchen "Nanodraht" seien die "richtigen" geometrischen Strukturen auf der Oberfläche, so Krenn. Um herauszufinden, wie diese auszusehen haben, müssten viele verschiedene hergestellt und getestet werden. Die Grundlage wurde dem Institut nun mit einem Elektronenstrahl-Lithographiesystem im Zuge der Uni-Infrastruktur-Initiative des Wissenschaftsministeriums gegeben. Das "Raith 100-2" sei ein Unikat, sagte Krenn: "Durch seine außergewöhnliche Präzision ermöglicht es die Herstellung von 20 Nanometer feinen Strukturen - eine absolute Spitzenleistung."

Über ein CAD-Programm bearbeiten die Forscher zunächst eine etwa 100 Nanometer dünne Kunststoffschicht: Der Elektronenstrahl mit einem Durchmesser von zwei bis drei Nanometern erzeugt in dieser Schicht die erwähnten Strukturen. Durch die Bearbeitung entsteht eine Lochmaske, auf die anschließend Silber oder Gold aufgedampft wird. Das Ergebnis ist eine Metalloberfläche mit Nanostrukturen, die als Grundlage für die optische Experimente dienen soll.(APA)

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