Eine Nanoantenne für die Kurzzeitspektroskopie eines einzelnen Halbleiter-Nanokristalls

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Lippitz
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 137770669

Halbleiter-Nanostrukturen zeigen faszinierende optische Eigenschaften. Das starke confinement der Elektronen führt zu großen Quantisierungseffekten. Kolloidale Nanokristalle werden zur Absorption und Ladungstrennung in der Photovoltaik und als Einzelphotonenquelle in der Quantenoptik eingesetzt. Für ein genaues Verständnis der Photophysik ist die Spektroskopie einzelner Nanokristalle essentiell, da ansonsten die Mittelung über das Ensemble viele Details überdeckt. Lineare Spektroskopie von einzelnen Kolloiden eine gut etablierte Technik. Allerdings benötigt man nichtlineare Spektroskopie, um schnelle dynamische Prozesse beispielsweise bei der Ladungstrennung verfolgen zu können. Nichtlineare Spektroskopie ist jedoch bisher für einen einzelnen Nanokristall unmöglich, da der Wechselwirkungsquerschnitt für nichtlineare Prozesse sehr klein ist. In diesem Antrag schlage ich vor, eine optische Nanoantenne zu benutzen, um die Licht-Materie Wechselwirkung zu erhöhen. Wie wir bereits für die transiente Absorption eines einzelnen Metall-Nanopartikels gezeigt haben, kann schon eine einfache plasmonische Antrenne die nichtlineare Antwort um einen Faktor 10 verstärken. In diesem Projekt wollen wir hierauf aufbauen. Erstmalig wird die nichtlineare Spektroskopie eines einzelnen kolloidalen Nanokristalls möglich werden, indem wir die Antennenverstärkung ausnutzen. Dies wird es uns erlauben, die Elektronendynamik kurz nach der Anregung zu untersuchen, die für den Ladungstransfer in der Photovoltaik und die kohärente Arbeitsweise eines Quantenbits verantwortlich ist.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1391: Ultrafast Nanooptics