English China

Konfokale Mikroskopie

Optische Nahfelder sichtbar machen durch Goldlumineszenz

Seite: 2/4

Firmen zum Thema

Wenige Nanometer große lumineszierende Goldspitze

Die hier vorgestellte Methode verwendet die stabile Lumineszenz einer sehr scharfen Goldspitze mit einem Spitzenradius von weniger als 10 Nanometern. Diese Goldlumineszenz ist seit 1969 bekannt und ist sehr schwach für makroskopisches Gold (Quanteneffizienz ca. 10-10). Verkleinert man die Größe der Goldstrukturen auf wenige Nanometer, so steigt die Lumineszenz bis zu einer Quanteneffizienz von 10-4 stark an. Zudem weist die Stärke der Goldlumineszenz eine lineare Abhängigkeit von der eingestrahlten Energie auf und ist, anders als die Fluoreszenz von Molekülen, nicht von Bleich- oder Blinkprozessen beeinflusst. Die scharfe Goldspitze agiert aufgrund ihrer Form als eine optische Breitbandantenne, welche keine scharfen Resonanzfrequenzen aufweist. Dadurch verursacht die Spitze im Vergleich zur bloßen Goldkugel kaum Störungen der Nahfelder wenn sie in diese eintaucht und „empfängt“ lediglich einen Teil der Energie des Nahfeldes. Wie in Abbildung 1a gezeigt, wird zur Vermessung der Nahfelder eine plasmonische Struktur in den Fokus eines Helium-Neon-Lasers (Wellenlänge 633 nm) mit radialer bzw. azimutaler Polarisation gelegt und die Goldspitze wird über die Struktur gerastert. Die von der Goldspitze ausgehende Lumineszenz wird mit einem Langpassfilter vom Laserlicht getrennt und die Intensität für den jeweiligen Ort detektiert. Eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer typischen Goldspitze ist in Abbildung 1d zu sehen.

Visualisierung von Nahfeldern mittels Goldlumineszenz

Als zu untersuchende Struktur wurde eine hexagonale Anordnung von sieben Aluminiumscheiben mit 140 Nanometer Durchmesser für die äußeren bzw. 150 Nanometern Durchmesser für die innere Scheibe gewählt (s. Abb. 1e). Dadurch ist die gesamte Struktur genau so groß wie der Fokus des Lasers und kann somit optimal angeregt werden. Aluminium hat den Vorteil, dass es selbst keine Lumineszenz aussendet. Außerdem hat Aluminium sehr hohe plasmonische Frequenzen, sodass die Struktur nur im gekoppelten Zustand Resonant mit dem Laser angeregt werden kann. Um die Kopplung der Nanoscheiben gezielt anzuregen, wird die Struktur in den Fokus eines azimutal bzw. radial polarisierten Laserstrahls [2] platziert. Der Fokus bei azimutaler Polarisation besteht lediglich aus transversalen Strahlteilen parallel zur Probenebene und regt somit lediglich die Kopplung der äußeren Scheiben untereinander an. Betrachtet man den radialen Fokus eines Objektivs, tritt hier ein sehr starker longitudinaler Anteil auf, die Kopplung zwischen den Scheiben wird nicht so effizient angeregt. Folglich befindet sich das Nahfeld bei azimutal polarisierter Anregung der Struktur in den Lücken zwischen den einzelnen Scheiben während bei radial polarisierter Anregung das Nahfeld, aufgrund einer Besonderheit bei der Fokussierung radial polarisierter Strahlen, primär auf den einzelnen Scheiben zu finden ist.

Bildergalerie

(ID:42301076)