Entwicklung von Metaoberflächen
Kontrolle von Licht auf der Nanoskala mittels numerischer Simulationen und hochaufgelöster Nanofabrikation.
Optische Metaoberflächen sind extrem dünne und präzise designte Strukturen, die optische Effekte erzeugen können, die mit natürlich vorkommenden Materialien nicht möglich sind. Sie bestehen aus regelmäßigen Anordnungen von resonanten Nanostrukturen (oft als Meta-Atome bezeichnet), die Licht auf der Nanoskala bündeln und verstärken können. Durch diese bemerkenswerten Eigenschaften konnten Metaoberflächen bereits zu Durchbrüchen in der Biosensorik (Adv. Mater. 2022) und der Energieumwandlung (Chem. Rev. 2022) beitragen.
In unserer Forschungsgruppe entwickeln wir neuartige Metaoberflächen-Konzepte, mit dem Ziel die aktuellen Grenzen im Bereich der Licht-Materie-Wechselwirkung zu durchbrechen. Hierzu verwenden wir zunächst numerische Simulationen um neue Designs zu finden und zu optimieren, und implementieren dann hochpräzise Nanofabrikations-Methoden um sie in Experimenten praktisch umzusetzen. Das Fundament unserer Arbeit sind Metaoberflächen basieren auf dem physikalischen Mechanismus der gebunden Zustände im Kontinuum (engl. bound states in the continuum, BIC, mehr Details hier: Nat. Rev. Phys. 2023). Durch eine einfache Variation der Geometrie der Meta-Atome erlauben diese Zustände eine präzise Kontrolle über die Resonanzposition und die Resonanzgüte (definiert als Quotient aus Resonanzwellenlänge und Linienbreite). Dadurch sind BIC-basierte Metaoberflächen ideal für die maßgeschneiderte Licht-Materie-Kopplung und eröffnen somit eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten.
Einige Beispiele unserer Arbeiten zu fortschrittlichen Metaoberflächen Konzepten werden auf der englischen Version dieser Seite genauer vorgestellt. Eine vollständige Publikationsliste findet sich hier.