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Projekt
Erzeugung der Farbe und Erscheinung von Oberflächen in Real- und Fourierraum durch maßgeschneiderte Unordnung
Antragsteller
Professor Dr. Harald Giessen; Professor Dr. Thomas Weiss
Fachliche Zuordnung
Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
Förderung
Förderung von 2015 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278747625
Das Ziel unseres Projekts ist die Untersuchung des Einflusses von räumlichen Korrelationen auf Unordnung in plasmonischen und dielektrischen Nanostrukturen durch Analyse von lang- und kurzreichweitiger Unordnung sowie fraktaler und quasikristalliner Anordnungen. Wir möchten die Zusammenhänge zwischen Zweipunkt-Korrelationsfunktionen, k-abhängigen optischen Eigenschaften, und der spektralen bidirektionalen Reflexionsverteilungsfunktion (engl. BRDF) bestimmen, um die Farben und das optische Erscheinungsbild von ungeordneten Oberflächen maßzuschneidern.Unser Ansatz umfasst nicht nur die Darstellung der Farben des CIE 1931 Farbraums über verschiedenes spektrales Verhalten, sondern auch die Erscheinungsbilder dieser Farben, sprich die polarisations- und winkelabhängige Reflexion.Wir werden hierbei metallische und dielektrische Nanostrukturen in regelmäßigen und ungeordneten 1D und 2D Anordnungen nutzen. Zum Einsatz kommen Nanoantennen aus Magnesium, Gold, Aluminium, Nickel, Silber, sowie Dielektrika wie Al2O3, SiO2, und MgH2. Rayleigh-Wood-Anomalien, die mit Plasmonendispersionen kreuzen, können dann spektrale und winkelabhängige Streuung in bestimmte Richtungen und Polarisationen erhöhen oder erniedrigen. Die optische Antwort des Systems kann dabei durch maßgeschneiderte Unordnung mit gegebenen Zwei-Punkt-Korrelationsfunktionen wie lang- und kurzreichweitige Unordnung mit Gauß- oder Rechteck-Verteilungen in Größe, Position und Orientierung der Nanoantennen angepasst werden.Die Herstellung der Nanostrukturen erfolgt in unserer Experiment-Theorie-Kollaboration mittels Elektronenstrahl-Lithographie sowie über kolloidale Lochmasken bzw. Ätzverfahren. Die notwendigen BRDF Daten werden durch vollständige Vermessung der optischen Antwort im Fourier- und Realraum in einem neu entwickelten spektral- und polarisationsaufgelösten Scatterometer ermittelt. Ganz neu ist die Möglichkeit, durch den reversiblen Phasenübergang vom metallischen Mg zum dielektrischen MgH2 — ähnlich wie Chamäleons — sogar farbveränderliche Oberflächen herzustellen. In enger Zusammenarbeit mit dem Mercator-Fellow Prof. Dr. Sergei Tikhodeev in Moskau werden wir unsere Theorie zur Vorhersage der spektralen, winkel- und polarisationsabhängigen BRDF-Daten weiterentwickeln und anwenden. Im Detail werden wir ein gekoppeltes Dipolmodell sowie die Technik der resonanten Zustandsentwicklung verwenden, die wir auf die Vorhersage der winkelabhängigen Fernfeldspektren ungeordneter Systeme ausdehnen wollen.Darüber hinaus werden wir zum ersten Mal versuchen, ab initio aus den Maxwellgleichungen unter Berücksichtigung der komplexen dielektrischen Materialfunktionen die Farbeindrücke von verschiedenen ungeordneten Oberflächen zu simulieren, um realistisches Virtual-Reality-Rendering von Gegenständen zu ermöglichen, was bisher nur mittels heuristischer und empirischer Modelle möglich war.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
