Nanoteilchen aus Metallen wie Silber, Gold oder Aluminium streuen nur einen engen Spektralbereich des Lichts und erscheinen damit färbig. Dieser Effekt wird einerseits seit Jahrhunderten zur Herstellung von gefärbten Gläser verwendet, die wir vor allem als Kirchenfenster kennen. Andererseits ist er die Grundlage der Plasmonik, also der Erforschung und Anwendung der dem Farbeffekt zugrunde liegenden Anregung von Elektronenschwingungen, sogenannten Plasmonen.
Neben der Untersuchung einzelner Nanoteilchen stehen regelmäßige Anordnungen, also Teilchengitter im Zentrum des Interesses. Dabei überlagern sich optische Gittereffekte der plasmonischen Anregung, was zu völlig neuartigen optischen Eigenschaften führt. Bereits vor etwa 15 Jahren wurde beobachtet, dass die Größe der Nanoteilchen einen unerwarteten Einfluss auf die Gittereigenschaften hat. Sie bestimmt nämlich, welcher von zwei prinzipiell möglichen Gittereffekten auftritt, ein wesentlicher Faktor für die optische Wirkung des Nanogitters. Eine Erklärung dieses Phänomens konnte aber bislang nicht gefunden werden.
Im Rahmen ihrer inzwischen abgeschlossenen Dissertation hat Veronika Tretnak von der Forschungsgruppe Nanooptics dieses Rätsel gelöst. Ihre experimentellen Daten, sowie die in Zusammenarbeit mit Andreas Hohenau durchgeführten numerischen Simulationen haben den Effekt auf die größenabhängige Phasenverschiebung des von den einzelnen Nanoteilchen gestreuten Lichts zurückgeführt. Die im Journal of Physical Chemistry C publizierten Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt zur verbesserten Kontrolle von Licht auf der Nanometerskala.
V. Tretnak, U. Hohenester, J.R. Krenn, A. Hohenau
The role of particle size in the dispersion engineering of plasmonic arrays
J. Phys. Chem. C 124, 2104 (2020)