Licht-Propagation und nichtlineare optische Eigenschaften in Silbercluster-Porphyrin-Nanostrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Roland Mitric
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 138403528

Ziel des Projekts ist die Entwicklung neuartiger Nanostrukturen mit optimalem Design für die Anwendung in nanooptischen Elementen, wie z.B. Biosensoren, auf der Grundlage selbstorganisierter Anordnungen von Silberclustern an ausgewählten Porphyrin-Templaten. Es sollen theoretische Untersuchungen fundamentaler Aspekte der Wechselwirkung dieser hybriden Quantensysteme mit lokalisierten elektromagnetischen Feldern durchgeführt und Strategien für die Kontrolle der kohärenten Lichtpropagation und –lokalisierung vorgeschlagen werden. Eigens entwickelte Porphyrin-Oligomere mit optimalen Strukturen sowie ausgedehnte ein und zweidimensionale Porphyrin-Polymere sollen als Template zur Stabilisierung von Anordnungen größenselektierter Silbernanocluster dienen. Dabei liegt der Fokus auf molekülartigen Clustern mit Größen < 2 nm, die sich durch diskrete elektronische Zustände, lokalisierte Absorption und Emission sowie relative lange nichtradiative Lebensdauern der angeregten Zustände auszeichnen. Basierend auf der Methodologie, die in der ersten Phase des Projekts entwickelt wurde, soll die zeitabhängige Dichtefunktionaltheorie (TDDFT) in Kombination mit der numerischen Elektrodynamik genutzt werden, um die nichtlineare optische Antwort sowie die kohärente Lichtpropagation und –lokalisierung in diesen Systemen zu simulieren. Die optimale Kontrolle wird zur Manipulierung der Lichtpropagation eingesetzt werden, was die Voraussetzungen zur Entwicklung funktionaler nanooptischer Systeme schafft. Das Endziel des Projekts liegt im Design neuartiger nanooptischer Sensoren für die Detektion spezifischer (Bio-)Moleküle. Die kohärente räumlich-zeitliche Lichtlokalisierung an der Bindungsstelle des Analytmoleküls wird genutzt werden, um die Selektivität und Sensitivität des Detektionsprozesses weit über die derzeitigen Möglichkeiten hinaus zu erhöhen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1391: Ultrafast Nanooptics
• Beteiligte Person: Professorin Dr. Vlasta Bonacic-Koutecky