Femtosekunden-Lasersystem
Final Report Abstract
Am Institut für Physikalische Chemie der Universität Hamburg werden anorganische Nanopartikel, Metalle und Halbleiter, hergestellt, die interessante optische Eigenschaften im sichtbaren Spektralbereich aufweisen. Mögliche Anwendungsbereiche finden sich zum Beispiel in der Photovoltaik, in Leuchtmitteln und in der Biodiagnostik. Zum Verständnis der optischen Eigenschaften und zur Optimierung möglicher Anwendungen ist es wichtig zu verstehen, wie optische Energie in den Materialien absorbiert, transportiert und emittiert wird. Diese Prozesse finden auf sehr kurzen Zeitskalen statt, typische Größenordnungen sind Pikosekunden. Das Großgerät ermöglicht definierte, sehr kurze optische Anregungen und das genaue Abfragen der induzierten Änderungen. Damit würde untersucht wie sogenannte heiße Elektronen in Goldnanopartikeln erzeugt werden. Man erwartet, dass diese Ladungsträger katalytische Reaktionen beschleunigen können und mit einem mit dem Großgerät durchgeführten sog. Pump-Probe Experiment war es möglich die Anregungsbedingungen für eine größtmögliche Anzahl heißer Ladungsträger zu bestimmen. Eine jüngst publizierte Folgestudie widmete sich der Fragestellung, wie sich die Erzeugung heißer Ladungsträger in makroskopischen Nanopartikelfilmen verhält. Im Gegensatz dazu werden Halbleiternanopartikel als flexible Lichtemitter eingesetzt. In mit dem Großgerät durchgeführten Experimenten konnte gezeigt werden, dass es in führ Anwendungsszenarien realistischen Ensembles zu Wechselwirkungen kommt, die die Lichtemission unterdrücken können. Dank der experimentellen Daten konnte hier Optimierungspotential aufgezeigt werden. Der dritte mit dem Großgerät bearbeitete Themenkomplex sind Kombinationen aus Halbleitern und Metallen. Die Wechselwirkungen zwischen den beiden Komponenten führen zu optischen Eigenschaften, die sich von denen der Summe der Teile unterscheiden. In Kooperation mit der TU Berlin und der Stanford University konnte ein fundamentales Modell entwickelt und verifiziert werden, dass die Wechselwirkungen auf Nanometer-Skala erklärt. Damit lassen sich Gold-Halbleiter-Kombinationen für spezifische Anwendungen optimieren.
Publications
- (2019) Direct optical excitation of dark plasmons for hot electron generation. Faraday discussions 214 (0) 159–173
Mueller, Niclas S.; Vieira, Bruno G. M.; Höing, Dominik; Schulz, Florian; Barros, Eduardo B.; Lange, Holger; Reich, Stephanie
(See online at https://doi.org/10.1039/C8FD00149A) - „Metal- Semiconductor Nanoparticle Hybrids Formed by Self-Organization: A Platform to Address Exciton- Plasmon Coupling” Nano Lett. 2016, 16, 8, 4811-4818
C. Strelow, T.S. Theuerholz, C. Schmidtke, M. Richter, J.P. Merkl, H. Kloust, Z. Ye, H. Weller, T.F. Heinz, A. Knorr, and H. Lange
(See online at https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b00982) - „Excitation-Dependence of Plasmon-Induced Hot Electrons in Gold Nanoparticles”, J. Phys. Chem. Lett. 2017, 8, 4925
E. Minutella, F. Schulz, and H. Lange
(See online at https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.7b02043)
