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Max-Planck-Forscher nutzen Infrarotantenne als "Nano-Lupe"

Die Physiker am Max-Planck-Institut für Biochemie berechneten, dass die entscheidende Wellenlänge für die Wechselwirkung von Siliziumkarbid-Kristallen mit dem Laser bei 10,8 Mikrometer Wellenlänge liegen müsste. Als sie ihre Abtastantenne in einem Abstand von weniger als 30 Nanometern an den Kristall heranführten, stellten sie fest, dass sich die Infrarotfarbe (also das Infrarotspektrum) des Kristalls in diesen nanoskopisch kleinen Dimensionen völlig veränderte. Während der Kristall bei Infrarotbeleuchtung normalerweise metallisch glänze, leuchte er im Nano-Zoom hell und "farbig" auf. Im Infrarotbild bei 10,8 Mikrometer Wellenlänge zeige sich diese Resonanz dadurch, dass der Siliziumkarbid-Kristall im Vergleich zu Gold etwa 200 Mal heller aufleuchte.

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Ihren laut eigenen Aussagen ersten praktischen Beweis für die Phonon-Resonanz haben die Wissenschaftler in ihrer aktuellen Publikation "Phonon-verstärkte Nahfeldwechselwirkung" getauft. Vorhergesagt wurde die Phonon-Resonanz bereits vor neunzehn Jahren von den Wissenschaftlern Aravind und Metiu von der University of California in Santa Barbara, USA.

Die Forscher vom Max-Planck-Institut wollen mit ihrer Entdeckung eine Grundlage für infrarot-optische Technologien gelegt haben, die gegenüber den auf "Plasmonen" (kollektive Schwingungen der Elektronen) beruhenden optischen Nanotechnologien über höhere Lichtintensitäten und schärfere Resonanzen verfügen sollen. So würden schon kleinste Veränderungen in einem Kristall - sei es durch Verzerrung oder Verschmutzung - die Resonanz verstimmen und mit dem neuen "Nanoskop" leicht erkannt werden.

Neben dem Einsatz in Materialwissenschaften und Mineralogie würden sich weitere Anwendungen bei der Untersuchung von Kristallwachstum und Kristalldegeneration in biologischen Mineralien abzeichnen, wie z.B. in Zähnen oder Knochen (Osteoporose). Zudem biete die Kombination der Phonon-Resonanz mit der Nahfeldmikroskopie auch neue Möglichkeiten für die Datenspeicherung: Im Vergleich zu konventionellen optischen Leseverfahren (CD-ROM, MO, DVD) könnten Daten mit hundertmal größerer Speicherdichte optisch ausgelesen werden, so die Forscher - ein entsprechendes Patent soll bereits angemeldet worden sein.

Insgesamt soll die experimentelle Bestätigung der Phonon-Resonanz dem gesamten Bereich der Optik, Photonik und Mikroskopie eine neue Richtung geben: Jetzt lohnt es sich laut Max-Planck-Institut, auch die Infrarotstrahlung im mittleren Infrarot (3 bis 30 Mikrometer Wellenlänge) zu verwenden, zusätzlich zum sichtbaren Bereich (400 bis 700 Nanometer Wellenlänge) und zum Nah-Infrarot in der Telekommunikation (1,5 Mikrometer Wellenlänge). Die aktuelle Entwicklung winziger Halbleiterlaser, so genannter Quantenkaskadenlaser, komme den Mikroskop-Entwicklern dabei sehr entgegen. Sie wollen in Zukunft neue Halbleiterlaser für die Weiterentwicklung ihres Nahfeldmikroskops nutzen, um künftig auch aus biologischen Bausteinen erzeugte Kristalle untersuchen zu können.

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