NAWI Graz-Wissenschafter gelingt Durchbruch in der Nano-Optik:
Universitätenübergreifende Forschergruppe entwickelt weltweit neue Messmethode

Ein Schub für Entwicklungen in der Nano-Optik kommt aus der steirischen Landeshauptstadt: Wissenschaftern von TU Graz und Karl-Franzens-Universität Graz ist es als weltweit erster Gruppe gelungen, die Verteilung von Oberflächenplasmonen – das sind elektronische Dichteschwankungen an der Oberfläche von Metallen – auf Gold-Nanoteilchen mit Energiefilterungs-Elektronenmikroskopie zu messen. Die neuen Erkenntnisse liefern die Basis für ein breites Anwendungsspektrum für Informationsverarbeitung und Biosensorik und waren nur aufgrund der universitätenübergreifenden Zusammenarbeit in den Naturwissenschaften zwischen den beiden Grazer Universitäten möglich. Nachzulesen sind die Resultate der Arbeit der Grazer Forscher in der Jänner-Ausgabe von „Physical Review B“, einer der renommiertesten Fachzeitschriften in der Physik.

Nano-Optik nutzt Licht, um Informationen zu übertragen. Genaue Kenntnis der Phänomene, die sich im Bereich von nur wenigen Nanometern abspielen, bildet die Basis, für die Weiterentwicklung möglicher Anwendungen. Daher sind Messmethoden, die sich mit diesen „kleinsten Größen“ befassen, zentral. „Die Idee zu erstmaligen Messungen von Plasmonen auf Gold-Nanoteilchen hatten wir schon länger, die Umsetzung war aber erst gemeinsam mit den Kollegen der Karl-Franzens-Universität Graz möglich“, berichtet Ferdinand Hofer, der das Institut für Elektronenmikroskopie und Feinstrukturforschung der TU Graz leitet. Dort stehen die leistungsfähigsten Elektronenmikroskope Österreichs, unter anderem mehrere Energiefilterungsmikroskope, wie sie für die speziellen Messungen benötigt wurden. An der Karl-Franzens-Universität Graz erfolgte dann die Prüfung der Messergebnisse am PC: Physiker Ulrich Hohenester und sein Dissertant Andreas Trügler bestätigten die Messungen durch rechnerische Simulation am PC.

Basis für breites Anwendungsspektrum

Mit der neuen Messmethode können die Forscher Oberflächenplasmonen mit einer wesentlich besseren Auflösung messen als mit bisher gebräuchlichen optischen Methoden. Die Genauigkeit von einem Millionstel Millimeter scheint nun völlig neue technologische Anwendungen in greifbare Nähe rücken zu lassen: Denkbar sind Entwicklungen in der Biosensorik, wo nanoskopische Systeme genutzt werden, um etwa menschliche DNA zu erkennen. Oberflächenplasmonen können aber auch geeignet sein, optische Informationen in Computerchips deutlich schneller zu übertragen als dies mit herkömmlichen Computern möglich ist. Die neuen Erkenntnisse aus Graz könnten also zu einem entscheidenden Durchbruch in der Informationsverarbeitung beitragen. Die Publikation in „Physical Review B“ wurde vom Journal mit dem Vermerk „Editors suggestion“ ausgezeichnet – damit kennzeichnet der Herausgeber Arbeiten mit besonderer Qualität.