Oberflächenplasmonen sind Wellen der Elektronendichte, die sich an der Oberfläche von Metallen ausbreiten. Die damit verknüpften elektromagnetischen Felder sind an der Metalloberfläche konzentriert und entsprechen einer quasi-zweidimensionalen Lichtwelle. Dieses Phänomen hat in den letzten Jahren nicht nur im Labor für Furore gesorgt, sondern beispielsweise für die hochempfindliche Biosensorik auch den Weg in die Anwendung gefunden.
Plasmonen auf Gold- und Silberoberflächen, wo sie im sichtbaren und infraroten Spektralbereich angeregt werden können sind gut erforscht. Der blaue und ultraviolette Spektralbereich dagegen ist mit diesen Metallen aufgrund ihrer spektral selektiven Dämpfungseigenschaften nicht zugänglich. Deshalb setzte eine Kooperation der Nanooptik Arbeitsgruppe der Universität Graz mit dem Institut für Experimentalphysik der Technischen Universität Graz auf Aluminium – ein Metall mit niedriger Dämpfung im Blauen und Ultravioletten. Einerseits ermöglichte dabei die lithographische Fertigung von Nanostrukturen auf einer Aluminiumoberfläche die präzise Kontrolle der Anregung von Oberflächenplasmonen. Andererseits konnte die Plasmonenausbreitung durch die hochaufgelöste Abbildung der dabei entstehenden Interferenzmuster mit einem Photoelektronen-Elektronenmikroskop (NanoESCA, einer NAWI Graz Core Facility) sichtbar gemacht werden.
Das ermöglichte nicht nur einen präzisen Blick auf den für Plasmonen wenig erforschten kurzwelligen Spektralbereich. Durchaus überraschend war nämlich auch die unerwartet hohe gemessene plasmonische Ausbreitungslänge von bis zu 8,4 µm. Jedenfalls ermöglicht die Charakterisierung von Oberflächenplasmonen auf Aluminium ihre weiterführende Anwendung im kurzwelligen Spektralbereich, etwa für plasmoneninduzierte chemische Prozesse.
T. Jauk, H. Ditlbacher, F. Lackner, W. E. Ernst, A. Hohenau, J. R. Krenn
Photoemission electron microscopy of blue and UV surface plasmons on nanostructured aluminum films
Plasmonics (2023), DOI 10.1007/s11468-023-01967-x
