k-abhängige optische Eigenschaften metall-dielektrischer Nanostrukturen

• Applicant: Dr. Bruno Gompf
• Subject Area: Experimental Condensed Matter Physics
• Term: from 2011 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 189200452

Periodische metall-dielektrische Nanostrukturen mit „Einheitszellen“ kleiner als die Wellenlänge versprechen eine Vielzahl neuartiger Anwendungen. Es wird erwartet, dass sich mit diesen so genannten Metamaterialien völlig neue photonische Bauelemente verwirklichen lassen mit frei einstellbaren effektiven Permitivitäten und Permeabilitäten. Grundlage hierzu sind theoretische Ansätze, die auf der Annahme idealisierter effektiver optischer Eigenschaften basieren. Ziel des Projektes ist es, durch ellipsometrische Untersuchungen unter verschiedenen Einfallswinkeln und Variation des Azimuthwinkels an einfachen metalldielektrischen Nanostrukturen die vollständige optische Antwort dieser Systeme zu erfassen. Die so gewonnenen Daten sollen dann zum einen mit bi-anisotropen Modellen und zum anderen mit numerischen Methoden wie der „Fourier modal method“ verglichen werden. Durch ihre, im Verhältnis zur Wellenlänge nicht vernachlässigbar kleine Einheitszelle, ist zu erwarten, dass Metamaterialien prinzipiell räumliche Dispersion zeigen, ihre optischen Eigenschaften also k-abhängig sind. Vor diesen Hintergrund ist es erstaunlich, dass es bis heute keine systematischen ellipsometrischen Untersuchungen zu folgenden Fragestellungen gibt: Lassen sich metall-dielektrische Nanostrukturen überhaupt mit effektiven optischen Parametern beschreiben, und wenn ja, müssen dann nicht auch die gyrotropen Parameter (d.h. die Mischung elektrischer und magnetischer Komponenten) der bi-anisotropen Beschreibung berücksichtigt werden? Welche Strukturparameter beeinflussen die optische Anisotropie der Probe und wann werden die Strukturen z.B. optisch aktiv? Zur Beantwortung dieser Fragen sollen erstmalig aus Simulationen, wie der „Fourier modal method“, berechnete Müller- Matrix Elemente mit gemessenen und mit aus bi-anisotropen Modellen simulierten verglichen werden.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Professor Dr. Martin Dressel