Kohärenter Energietransfer in einem selbstassemblierten plasmonischen Gitter

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Tobias König; Professor Dr. Markus Lippitz
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404818834

Bei bestimmten molekularen Aggregaten ist die elektronische Anregung kohärent über das Aggregat verteilt, da die einzelnen Übergangsmomente über die Dipol-Dipol-Wechselwirkung miteinander koppeln. Die Dipol-Dipol-Wechselwirkung ist ein Nahfeldeffekt. Daher ist diese Wechselwirkung auf einen engen Raumausschnitt begrenzt und die daran beteiligten Quantenemitter können nicht individuell adressiert werden. Dieses Projekt beabsichtigt den Aufbau eines großflächigen Analogons eines molekularen Aggregats, um so den kohärenten Energietransfer zu untersuchen. Wir werden ein kleines Ensemble von Quantenemittern mit der räumlich ausgedehnten hybriden Mode eines plasmonischen Bragg-Kristalls koppeln. Die plasmonischen Eigenschaften erzeugen Hotspots mit starker Licht-Materie-Wechselwirkung, während das Bragg-Gitter die räumliche Ausdehnung liefert, die eine getrennte optische Adressierung der einzelnen Hotspots ermöglicht. Eine gerichtete Selbstassemblierung von nahezu kubischen metallischen Nanopartikeln in eine regelmäßige Anordnung ist notwendig, um Strukturen mit hoher optischer Güte zu erhalten. Jedoch ist eine gerichtete Selbstassemblierung solcher kubischen Partikel wegen der dominierenden Adhäsionskraft eine Herausforderung. Diese Adhäsionskraft ist dafür verantwortlich, dass Partikel sofort fixiert werden, sobald sie mit der Zielstruktur in Kontakt kommen. Folglich werden während der Assemblierung der kubischen Noanopartikel gezielte Oberflächenmodifikationen und ein kontrolliertes Absetzen der Nanopartikel von besonderer Wichtigkeit sein. Eine räumlich aufgelöste Spektroskopie am Beugungslimit wird es uns erlauben, die Wellenfunktion von elektronischen Anregungen und deren Quantenkorrelationen abzubilden. Letztendlich wird die Struktur als ein Quantensimulator des zugrundeliegenden molekularen Aggregats dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Josef Breu; Professor Dr. Andreas Fery