Elektromagnetische Kopplung und Wellenleitung in Metamaterialien untersucht mit Terahertz Nahfeld-Mikroskopie

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Markus Walther
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233032640

Im Rahmen des beantragten Projekts soll ein detailliertes Verständnis der Kopplung zwischen den elementaren Strukturen ("Meta-Atomen") in photonischen Metamaterialien und den zugrunde liegenden Kopplungsmechanismen gewonnen werden. Zu diesem Zweck werden Metamaterialstrukturen bei Terahertz (THz)-Frequenzen mithilfe der Kombination aus THz Zeitdomänen-Spektroskopie und einem von uns entwickelten THz-Nahfeld Mikroskopieverfahrens untersucht, welches die Visualisierung elektrischer und magnetischer Feldvektoren in unmittelbarer Nähe der Strukturen mit sub-wellenlängen räumlicher und sub-pikosekunden zeitlicher Auflösung ermöglicht. Aufgrund der moderaten Strukturgrößen und der Verfügbarkeit mächtiger experimenteller Methoden sind Experimente im Terahertz Frequenzbereich in idealer Weise für die Untersuchung der elektromagnetischen Kopplung in Metamaterialien geeignet. So ermöglicht unser THz Mikroskopieverfahren die Darstellung der elektrischen und magnetischen Nah-Felder, welche für die Wechselwirkung zwischen den Mikrostrukturen verantwortlich sind. Durch die zeitabhängige Messung der Felder ist es außerdem möglich die Entstehung und Propagation von Oberflächenwellen entlang gekoppelter Metamaterialstrukturen (Metamaterial-Wellenleiter) direkt auf sub-ps Zeitskalen zu beobachten. Das dabei gewonnene Verständnis der Kopplung in solchen Strukturen leistet einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung optimierter Metamaterialstrukturen und neuartiger, auf Metamaterialien basierender Wellenleiter.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen