Anwendungsnahe Nano-Optik

 

Nanoswitches

In einem Teilprojekt im neu eingeworbenen Sonderforschungsbereich „Nanoswitches“ werden wir das SNOM zur Charakterisierung von einzelnen elektronischen Bauelementen wie Speicherzellen und Halbleiter-Nanodrähten einsetzen. Seit 7/2011 arbeitet der Doktorand Benedikt Hauer in Kooperation Mitarbeitern von Prof. Simon (AOC) und von Dr. Hardtdegen (FZ Jülich), an den Grundlagen zur SNOM-Abbildung von schaltbaren Nanostrukturen aus Phasenwechselmaterialien und kontaktierten Halbleiter-Nanodrähten. In beiden Fällen soll das SNOM neue Erkenntnisse über die lokale Kristallstruktur und Leitfähigkeit von einzelnen Nano-Bauelementen liefern, die mit anderen Methoden nicht oder nur destruktiv lieferbar sind. Über den Kontakt mit dem FZ Jülich (Prof. Grützmacher / Prof. Schäpers) sind inzwischen bereits erste vielversprechende SNOM-Messungen an dotierten InAs-Nanodrähten hervorgegangen, die als Grundlage für eine gemeinsame Publikation und einen geplanten Antrag auf eine DFG Forschergruppe dienen sollen.

  Dotierter Nanodraht mit Fluktuationen in der Ladungsträgerdichte Urheberrecht: RWTH Aachen Dotierter Nanodraht mit Fluktuationen in der Ladungsträgerdichte

Materialcharakterisierung

Durch Nahfeld-Spektroskopie können lokale Ladungsträgerkonzentrationen und Beweglichkeiten bestimmt werden. Die quantitative Analyse der Messungen erfordert eine detaillierte Modellierung der Nahfeldwechselwirkung zwischen der SNOM-Spitze und der Probe, die Teil dieser Arbeit ist. In Ergänzung mit anderen hochauflösenden Charakterisierungsmethoden wie Rasterkraftmikroskopie, Elektronenmikroskopie oder elektrischen Tastspitzen (c-AFM) können so fundamentale Fragestellungen über das Wachstum, Domänenbildung und andere strukturelle Eigenschaften bearbeitet werden.

 

Thermische Emissionen von Oberflächen

Basierend auf der Publikation „Optical antenna thermal emitters“ von Prof. Dr. Thomas Taubner konnte zusammen mit Prof. Kyoungsik Kim von der koreanischen Yonsei-Universität ein erfolgreicher Antrag („Research on Photonic Crystals for IR stealth“) gestellt werden. Dabei soll die maßgeschneiderte thermische Emission von Nanostrukturen mittels SNOM und IR-Emissionsspektroskopie untersucht werden. Ziel ist es, die thermische Emission von Oberflächen durch Nanostrukturen spektral so zu modifizieren, daß mit diesen Nanostrukturen beschichtete Objekte für eine Wärmebildkamera „unsichtbar“ werden. Hierzu wird eine spezielle Emissionseinheit zum Aufheizen der Proben am FTIR-Mikroskop installiert.

 

Nanophotonische Strukturen zur Strahlumformung und neue Lichtquellen

Am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) wurde im Rahmen des ATTRACT-Projekts der Einsatz von Nanophotonischen Strukturen zur Strahlformung von Laserdioden von Frau Xinghui Yin (6/2009-10/2011) evaluiert: Dabei wurde eine umfangreiche Literaturrecherche, Simulationen der Strukturen sowie erste Fabrikations- und Funktionstests durchgeführt. Leider musste dabei festgestellt werden, dass kurzfristig noch keine Marktreife erzielt werden kann. Die grundlegenden Erkenntnisse sind jedoch in einen erfolgreichen DFG Antrag eingeflossen (Schwerpunktprogramm 1327/2, „Erzeugung von sub-100nm Strukturen mit Laserlicht“). Mit neu verfügbaren Fertigungsmethoden wie einem fokussierten Ionenstrahl-Mikroskop (FIB) am 1. Physikalischen Institut IA und laserbasierten Methoden am ILT soll diese Arbeit weitergeführt werden. In den anderen beiden Projektteilen am ILT wurde ein neuer breitbandiger, abstimmbarer Infrarotlaser in einem bislang nicht zugänglichen Spektralbereich von Jochen Wüppen entwickelt und ein Breitband-SNOM von Stefanie Bensmann mit diesem Laser verknüpft. Mit diesem weltweit leistungsstärksten Laser dieser Art (bis zu 10mW) werden nun SNOM-Messungen an einer Vielzahl von neuen Probensystem möglich: Es können neue Materialien für schaltbare Superlinsen verwendet werden; Defekte und Verspannungen an industriell relevanten Halbleitersubstraten wie Galliumnitrid (GaN) abgebildet werden, was für die LED- und Laserindustrie von großem Interesse ist; geringere Ladungsträgerkonzentrationen in Nanodrähten sowie andere relevante, elektrisch schaltbare Materialien wie Strontiumtitanat (STO) sind nun adressierbar. Um eine potentielle kommerzielle Verwertung dieses Lasersystems nicht zu behindern, wurde bislang auf eine wissenschaftliche Publikation von Details dieses Lasers verzichtet. Mit dem Alleinstellungsmerkmal eines stabilen Breitbandlasers ist es nun geplant, ein Applikationslabor für die IR-SNOM Technik am Fraunhofer ILT aufzubauen und damit neben anderen RWTH-Instituten auch interessierten Industriekunden diese neue Messtechnik zugänglich zu machen.