Labo Online - Analytic, Labortechnik, Life Sciences
Home> Labortechnik> Physikalische Messtechnik>

Nanoantenne: elektrisch betriebene Lichtantenne

Terahertz-KalorimetrieWie sich Wasser in der Umgebung von gelösten Molekülen verhält

Hat Idee des Terahertz-Kalorimeters realisiert: Martina Havenith

Chemikerinnen und Chemiker der Ruhr-Universität Bochum haben eine neue Methode entwickelt, mit der sie Veränderungen in der Energie und Struktur von Wassermolekülen in der Umgebung gelöster Moleküle erfassen können. 

…mehr

NanoantenneDie erste elektrisch betriebene Lichtantenne der Welt

Mit elektrischem Strom eine Nanoantenne dazu bringen, Licht auszustrahlen: Das ist Physikern der Universität Würzburg als weltweite Premiere gelungen. Ihre nur 250 nm messende Lichtantenne stellen sie im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

sep
sep
sep
sep
Lichtantenne

Winzige elektrisch betriebene Lichtquellen werden zukünftig von Nutzen sein – zum Beispiel in den Displays von Smartphones. Dort dürfte wegen der zunehmenden Einbindung von 3D-Techniken die benötigte Pixeldichte rapide ansteigen. Auch auf Computerchips könnten Nanolichtquellen verwendet werden, um Daten verlustarm mit Lichtgeschwindigkeit zwischen verschiedenen Prozessorkernen auszutauschen.

Einen Weg zu solchen Lichtquellen zeigen Würzburger Physiker mit einer Pionierarbeit auf: Im Fachjournal „Nature Photonics“ beschreiben sie erstmals die Erzeugung von Licht mit einer elektrisch betriebenen Nanoantenne aus Gold. Realisiert wurde die Antenne in der Arbeitsgruppe von Prof. Bert Hecht und am Lehrstuhl für Technische Physik.

Gesetze der Antennentechnik mit Licht anwenden
Wie kann man sich eine Lichtantenne vorstellen? „Sie funktioniert im Wesentlichen wie ihre großen Geschwister im Mobilfunk“, erklärt Bert Hecht: Dort werden durch das Anlegen einer Wechselspannung im Metall Elektronen zum Schwingen angeregt. Das führt dazu, dass die Antennen elektromagnetische Wellen abstrahlen – und das nicht irgendwie, sondern in einer durch die Gestalt der Antenne genau definierten Form und Wellenlänge.

Anzeige
Nanoantenne

Die Gesetze der Antennentechnik im Nanobereich auf Licht zu übertragen, ist technisch anspruchsvoll. Die Würzburger Physiker mussten sich darum etwas einfallen lassen. Erfolgreich waren sie am Ende mit einer ausgeklügelten Nanostruktur: Ihre Lichtantenne hat zwei Arme, die jeweils mit einem Kontaktdraht versehen sind und deren Enden sich fast berühren.

Der winzige Raum zwischen den Armen ist mit einem Nanopartikel aus Gold präpariert, das den einen Arm berührt und zum anderen Arm einen Spalt von ungefähr einem Nanometer lässt. Der Spalt ist so schmal, dass Elektronen ihn aufgrund des quantenmechanischen Tunneleffekts beim Anlegen einer Spannung überwinden können. Dadurch werden Schwingungen mit optischen Frequenzen erzeugt.

Länge der Antennenarme bestimmt Farbe des Lichts
Die so konstruierte Antenne strahlt elektromagnetische Wellen als sichtbares Licht aus. Dabei wird die Farbe des Lichts durch die Länge der Antennenarme festgelegt. „Damit haben wir die bislang kompakteste elektrisch betriebene Lichtquelle der Welt gebaut, deren Eigenschaften sich zudem noch durch eine Anpassung der Antennengeometrie steuern lassen“, freut sich Hecht.

Prinzipiell lassen sich solche Antennen also bauen, doch bis zur Anwendungsreife ist noch Arbeit zu leisten. Zum einen müssen die Physiker weiter an der Effizienz feilen: Beim Betrieb der Lichtantenne geht noch zu viel Strom in Form von Wärme verloren. Zum anderen muss die Betriebsstabilität erhöht werden, denn bislang funktioniert die goldene Nanostruktur nur einige Stunden lang.

Publikation:
„Electrically driven optical antennas”, Johannes Kern, René Kullock, Jord Prangsma, Monika Emmerling, Martin Kamp und Bert Hecht. Nature Photonics, Advance Online Publication, 17. August 2015, DOI: 10.1038/nphoton.2015.141.

Kontakt:
Prof. Dr. Bert Hecht
Physikalisches Institut
Universität Würzburg
E-Mail: hecht@physik.uni-wuerzburg.de

Anzeige
Diesen Artikel …
sep
sep
sep
sep
sep

Weitere Beiträge zum Thema

Modell der Nanomaschine

Nanomotoren für die Medizintechnik?Nanomaschine absolviert erfolgreich Probefahrt

Wissenschaftler von der Universität Bonn und vom Forschungszentrum caesar in Bonn haben mit Kollegen aus den USA aus Nanostrukturen eine winzige Maschine konstruiert, die sich auf einem Rad gezielt in eine bestimmte Richtung bewegen kann.

…mehr
Prof. Dr. Katharina Landfester (links), Direktorin am MPI-P, und Dr. Britta Unruhe-Knauf

Fachübergreifende ZusammenarbeitGemeinsam zum Erfolg in der Nanomedizin

Die Technologieinitiative RLP und das ZIM-Netzwerk haben Forscher, Mediziner und Unternehmer beim „NanoPharm“-Treffen in Mainz zusammengebracht. Das Ziel: Interdisziplinäres Verständnis und das Schmieden erfolgversprechender Projekte in der Nanomedizin.

…mehr
Reorganisation des Rezeptors nach Bindung eines Insulin-Moleküls

Nanodisc-TechnologieAufgeklärt: So funktioniert der Insulinrezeptor

Knapp 100 Jahre nach der Entdeckung des Insulins konnte ein deutsch-amerikanisches Forscherteam zeigen, wie genau das Hormon seinen Rezeptor aktiviert.

…mehr
Extraktion von Membranproteinen aus Biomembranen

Nanotechnologie für die...Polymer-Nanodiscs als neues Werkzeug für die Membranprotein-Extraktion

Die Struktur- und Funktionsaufklärung von Membranproteinen ist von herausragender Bedeutung für die pharmazeutische und biotechnologische Forschung.

…mehr
Ernährungswissenschaftler Dr. Thomas Schneider und Prof. Dr. Michael Glei

Winzig, nützlich – aber auch unbedenklich?Projektstart: Nachweis von Nanomaterialien in Lebensmitteln

Ernährungswissenschaftler der Uni Jena wollen zusammen mit Industriepartner Analytik Jena eine Analyseplattform für den Nachweis von potenziell gesundheitsschädlichen Nanomaterialien in Lebensmitteln entwickeln. EU und Land fördern das Projekt mit über 600 000 Euro. 

 

…mehr
Anzeige

Bildergalerien bei LABO online

Anzeige

Jetzt den LABO Newsletter abonnieren

LABO Newsletter abonnieren

Der kostenlose LABO Newsletter informiert Sie wöchentlich über neue Produkte, Lösungen, Technologietrends und Innovationen aus der Branche sowie Unternehmensnachrichten und Personalmeldungen.

Anzeige
Anzeige

Mediaberatung