Was ist ein Plasmonischer Wellenleiter?

Ein Plasmonischer Wellenleiter ist ein Bauelement, das in der Nanophotonik eingesetzt wird. Er besteht aus einem metallischen Leiter, auf dem elektromagnetische Wellen – sogenannte Plasmonen – oberflächengebunden entlanglaufen können. Plasmonen sind die quantenmechanischen Anregungen von Elektronen im Metall, die von elektromagnetischen Feldern beeinflusst werden. Durch die Verwendung von Metallen wie Gold oder Silber kann die Ausbreitung von Licht auf wenige Nanometer begrenzt werden und so eine hohe Dichte von Licht propagierenden Wellen (Photonen) erreicht werden.

Funktionsweise von Plasmonischen Wellenleitern

Die Funktionsweise von Plasmonischen Wellenleitern beruht auf dem sogenannten Oberflächenplasmoneneffekt. Hierbei wird durch elektromagnetische Strahlung ein elektromagnetisches Feld an der Oberfläche des Metalls induziert. Die Oberflächenplasmonen werden durch dieses Feld angeregt und können sich entlang der Oberfläche ausbreiten. Dabei haben sie eine sehr kurze Wellenlänge im Vergleich zum Ausgangslicht, was eine hohe räumliche Auflösung und somit eine hohe optische Auflösung ermöglicht.

Anwendungen von Plasmonischen Wellenleitern

Plasmonische Wellenleiter finden Anwendung in der optischen Signalverarbeitung, der Sensorik, in der Nanolithographie und der Datenübertragung. Durch die hohe räumliche Auflösung können Oberflächenstrukturen in der Größenordnung von Nanometern hergestellt werden, was in der Halbleitertechnologie und der Nanoelektronik von großer Bedeutung ist. Auch in der Bioanalytik werden plasmonische Wellenleiter eingesetzt, um die Bindung zwischen Antikörpern und Zielmolekülen nachzuweisen.

Beispiel: Einsatz von Plasmonischen Wellenleitern in der Nanophotonik

Ein Beispiel für den Einsatz von plasmonischen Wellenleitern in der Nanophotonik ist die sogenannte “Surface Plasmon Resonance” (SPR) Technologie. Hierbei wird ein dünner Goldfilm auf einem Substrat aufgebracht und mit einer optischen Quelle bestrahlt. Die Oberflächenplasmonen, die dadurch entstehen, können an der Grenzfläche zwischen Gold und Substrat gemessen werden. Durch die Bindung von Zielmolekülen an die Goldoberfläche kann die Resonanzfrequenz verschoben werden, was eine hochempfindliche Detektion von Biomolekülen ermöglicht. Die SPR-Technologie wird in der Biotechnologie zur Bestimmung von Protein-Protein- oder Protein-DNA-Wechselwirkungen sowie zur Analyse von Zellmembranen eingesetzt.