Rhombos-Online-Nachrichten (RON)
24.11.2011
Kategorie: Technik

Verkehrte Welt

Im Nanometerbereich fällt durch ein abgedecktes Loch mehr Licht als durch ein offenes

Princeton, 22.11.2011 Gemeinhin geht man davon aus, dass durch eine zugedeckte Öffnung kein Licht fällt. Wissenschaftler der Universität Princeton haben nun das Gegenteil herausgefunden – zumindest im Nanometer-Bereich. Sie bedeckten Löcher in einem ultradünnen Metallfilm mit metallischen Plättchen, um die Lichtstrahlung zu unterbrechen. Doch stattdessen stellten die Forscher fest, dass mehr Licht als vorher durch die abgedeckten Löcher gelangte. Ein Artikel zu den Beobachtungen ist am 10.10.2011 im Fachmagazin Optics Express erschienen.
Zu welch überraschenden Wendungen die Physik in extrem niedrigen Größenbereichen fähig ist, zeigt die Entdeckung von Stephen Chou und seinen Kollegen an der Universität Princeton. Für einen Versuch perforierten die Wissenschaftler einen 40 nm dünnen Metallfilm mit einer Anzahl von Löchern. Diese Löcher, mit einem Durchmesser von 60 nm, wurden mit lichtundurchlässigen Metallplättchen abgedeckt. Das sollte einen Lichteinfall durch die Öffnungen eigentlich verhindern, doch statt dessen gelangte bis zu 70 Prozent mehr Licht durch die Löcher in dem Metallfilm, wie die Forscher berichten.
„ In der Optik wird allgemein angenommen, dass durch die abgedeckten Löcher in einem dünnen Metallfilm kein Licht mehr dringen kann. Doch diese Annahme ist falsch – die Abdeckung verringert den Lichtdurchfall nicht, sondern erhöht ihn sogar noch.“ erläutert Stephen Chou und fügt hinzu: „ Wir waren sehr überrascht.“
Der Elektroingenieur und sein Team gehen davon aus, dass ihre Entdeckung weitreichende Folgen haben wird. Es muss zum Beispiel über die üblichen Mittel zur Lichtblockierung in hochsensiblen optischen Geräten, wie Mikroskopen oder Teleskopen, nachgedacht werden. Hier wird meist ein Metallfilm eingesetzt, um einen unerwünschten Lichteinfall zu vermeiden. In Anbetracht der neuen Erkenntnis steht diese Methode nun auf dem Prüfstand.
Andererseits sieht Stephen Chou auch ein großes Potenzial für Bereiche, in denen möglichst viel Licht durch eine möglichst kleine Öffnung gelangen soll. Dazu gehört auch die sogenannte Nahfeldmikroskopie, bei der die Untersuchung von Mikro- und Nanostrukturen im Mittelpunkt steht. Um so kleine Objekte betrachten zu können, wird Licht durch ein wenige Nanometer kleines Loch gelenkt. Je besser die Beleuchtung ist, umso mehr Informationen können gesammelt werden. Dank der Entdeckung der Forscher könnte es nun auf einfachem Weg gelingen, den Lichteinfall deutlich zu steigern – es muss nur die Öffnung zugedeckt werden, durch das der Lichtstrahl im Mikroskop gebündelt wird.
Die Wissenschaftler sind der Meinung, dass die metallischen Scheiben, die sie zur Abdeckung der Löcher benutzt haben, wie eine Art Antenne funktionieren: Sie nehmen die elektromagnetischen Wellen, aus denen Licht besteht, auf der einen Seite auf und strahlen sie auf der anderen Seite wieder ab. Die Lichtwellen bewegen sich entlang der Metalloberfläche und springen zwischen dem Loch und der Abdeckung.
Weitere Experimente sollen klären, inwieweit sich der neu entdeckte Effekt zur Verbesserung von hochsensiblen Mess - und Untersuchungsgeräten eignet.
(mh)

Originalveröffentlichung: Chou, S., Hu, J., Li, W.-D.: Extraordinary light transmission through opaque thin metal film with subwavelength holes blocked by metal disks, Optics Express 2011, Vol. 19, Ausgabe 21
Kontakt: Stephen Chou, Mail: chou@princeton.edu, Department of Electrical Engineering, Universität Princeton, Engineering Quadrangle, Olden Street, Princeton, NJ 08544, USA;
Internet: http://www.princeton.edu/engineering/departments/ele/