StartseiteAktuellesNachrichtenDeutsch-amerikanische Forschung zu quantenelektronischen Schwingungen

Deutsch-amerikanische Forschung zu quantenelektronischen Schwingungen

Internationalisierung Deutschlands, Bi-/Multilaterales

Forscher vom Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) und dem Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) in den USA haben eine grundlegend neue Art von quantenelektronischen Schwingungen, oder Plasmonen, in atomar dünnen Materialien entdeckt. Ihre Erkenntnisse könnten für zukünftige Imaging-Methoden und photochemische Reaktionen auf der Nanoskala relevant sein. Die Arbeit des Teams ist nun in Nature Communications erschienen.

Vor fast 70 Jahren zeigten Wissenschaftler, dass Elektronen in Materialien wellenartige, sich fortsetzende Schwingungen aufrechterhalten können – die sogenannten Plasmonen. Heutzutage befasst sich eine dynamische Plasmonenforschung mit diesen elektronischen Schwingungen, deren Anwendungen für neue, schnellere Computerchips, Solarzellen, Biosensoren und sogar Krebstherapien relevant sind.

Plasmonen werden stark von der Geometrie ihrer Umgebung und dem Material, in dem sie erzeugt werden, beeinflusst und lassen sich dadurch für verschiedenste Zwecke steuern. Es war bislang jedoch nicht bekannt, wie sich Plasmonen in einen Extremfall verhalten – nämlich wenn diese Materialien nur wenige Atomlagen dick sind.

Das internationale Forschungsteam mit Felipe da Jornada und Steven Louie vom LBNL an der University of California, Berkeley, und Lede Xian und Ángel Rubio vom MPSD am Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) in Hamburg fokussierten sich auf die Eigenschaften von Plasmonen in solchen Materialien.

Durch Quantenberechnungen entdeckten sie, dass Plasmonen in allen atomar dünnen Materialien merkwürdige Verhaltensweisen an den Tag legen. Dies war anfänglich überraschend für die Autoren. Felipe da Jornada, nun an der Stanford University, sagt dazu:

Die Lehrbuchphysik sagt uns, dass sich Plasmonen in dreidimensional ausgedehnten Festkörpern anders verhalten als in zweidimensionalen Materialien. Aber anders als in diesen vereinfachten Modellen weisen Plamonen in allen echten, atomar dünnen Materialien ein noch anderes Verhalten auf und sind räumlich insgesamt sehr viel lokalisierbarer,“

Diese und weitere Forschungsergebnisse seien für viele Anwendungen relevant, sagt Ángel Rubio, der Direktor der MPSD-Theorieabteilung.

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Quelle: Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie via IDW Nachrichten Redaktion: von Mirjam Buse, VDI Technologiezentrum GmbH Länder / Organisationen: USA Themen: Grundlagenforschung Information u. Kommunikation Physik. u. chem. Techn.

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