Nanogedruckte 3D-strukturierte Oberflächen: Eine neuartige Plattform für maßgeschneiderte Polarisationskontrolle in der Nanophotonik und für die Flüssigkristallforschung

• Antragsteller: Professor Dr. Markus A. Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 572788072

Flüssigkristalle (LCs) sind anisotrope Flüssigkeiten, die eine dynamische Lichtmanipulation ermöglichen. Sie finden breite Anwendung in Displaytechnologien und gewinnen zunehmend an Bedeutung in der integrierten Photonik zur Steuerung optischer Funktionalitäten. Ihre Leistungsfähigkeit hängt entscheidend von der molekularen Ausrichtung ab, die durch die Oberflächenverankerung bestimmt wird. Nanoskalige Oberflächenstrukturen eröffnen hier neue Möglichkeiten, diese Ausrichtung gezielt zu beeinflussen und so eine präzise Polarisationskontrolle in optischen Bauelementen zu realisieren. Die Nanophotonik wiederum beschäftigt sich mit der Lichtmanipulation mittels Subwellenlängen-Strukturen wie phasenmodulierenden Hologrammen oder Metaoberflächen. Während Hologramme keine effiziente Kontrolle über die Polarisation ermöglichen, können Metaoberflächen vollständige Kontrolle bieten – sie benötigen jedoch häufig bestimmte Eingangspolarisationen und unterliegen Limitationen hinsichtlich Effizienz. Die Integration präziser und zugleich abstimmbarer Polarisationskontrolle in nanophotonische Systeme stellt daher nach wie vor eine zentrale Herausforderung dar – und ist zugleich ein Schlüssel zur nächsten Generation photonischer Technologien. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung und Untersuchung einer neuartigen photonischen Plattform, die nanogedruckte, 3D-strukturierte Oberflächen mit Flüssigkristallen kombiniert – sowohl für maßgeschneiderte Polarisationskontrolle in der Nanophotonik als auch für grundlegende Untersuchungen zu Flüssigkristallen. Durch die Kombination hierarchisch strukturierter Polymeroberflächen mit präzisen nanoskaligen Rillen und mikroskaligen 3D-Architekturen wird ein neuer Ansatz zur Ausrichtung von LC-Molekülen in kompakten, multifunktionalen photonischen Systemen verfolgt. Dank der Flexibilität des 3D-Nanodrucks können diese Oberflächen monolithisch mit nanophotonischen Elementen wie Metaoberflächen und phasenmodulierenden Hologrammen integriert und darüber hinaus mit transparenten Elektroden für elektrooptische Modulation funktionalisiert werden. Das vorgeschlagene Konzept wird hinsichtlich seiner Möglichkeiten untersucht, komplexe Lichtzustände zu erzeugen, polarisationssensitive Strahlformung zu realisieren und optische Felder dynamisch zu steuern. Damit adressiert das Projekt eine bestehende Herausforderung der Nanophotonik: die Integration abstimmbarer Polarisationskontrolle in miniaturisierte photonische Umgebungen. Gleichzeitig schafft es eine neue Plattform zur Erforschung von LCs in räumlich begrenzten Umgebungen und eröffnet neue Wege zu grundlegenden Studien zur Molekülausrichtung. Das übergeordnete Ziel des Projekts besteht darin, Nanophotonik und Flüssigkristallforschung zusammenzuführen – und eine rekonfigurierbare, skalierbare Plattform für zukünftige integrierte photonische Anwendungen zu schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen