Untersuchung von nicht-sphärischen Kern-Schale-Nanopartikeln unter Berücksichtigung nicht-lokaler Effekte

• Antragsteller: Dr.-Ing. Thomas Wriedt
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437616189

In diesem Antrag geht es um die Entwicklung eines elektromagnetischen Modells für die optischen Eigenschaften von nicht-sphärischen Kern-Schale-Nanopartikeln. Solche Partikeln bieten eine große Flexibilität bei der Optimierung von Plasmonresonanzen sowie bei der Realisierung der Verstärkung elektrischer Nahfelder. Kern-Schale-Partikeln, die aus zwei verschiedenen Komponenten bestehen, haben sich als besonders geeignete Nanopartikeln für Katalyse, Sensoren, photothermische Partikeln und Solarzellenelemente herausgestellt. Wenn die Partikeln kleiner als 10 nm sind, sind klassische Beschreibungen des Verhaltens des elektromagnetischen Feldes unzureichend, und quantenmechanische Effekte, wie der nicht-lokale und der Tunnel-Effekt, müssen in der Theorie berücksichtigt werden.Ziel dieses Projekts ist es, solch ein nicht-lokales elektromagnetisches Modell für Kern-Schale-Nanopartikeln zu entwickeln und zu testen, die auf einem geschichteten Substrat positioniert sind, so dass wir die Nahfeld-erhöhung sowie die Plasmonresonanzverschiebung und -dämpfung solcher Strukturen untersuchen können. Wir beabsichtigen, eine Verallgemeinerung der "Methode der diskreten Quellen" einschließlich des "Generalized Nonlocal Optical Response" Modells vorzunehmen. Es sollen verteilte Multipole niederster Ordnung zusammen mit der "Generalized Point Matching Technique" als grundlegendes numerisches Schema für die Berechnung der Multipolamplituden verwendet werden. Ein weiteres Problem besteht in der Berücksichtigung des Einflusses des Glasprismas, auf das die 3D-Resonatoren positioniert sind. Für die Behandlung dieses Problems ist es möglich, den bereits von uns gewählten Ansatz zu nutzen, um verschiedene Schemata der "Total Internal Reflection Microscopy" zu modellieren. Diese Erweiterung erfordert die Implementierung des Greenschen Tensors der Schichtstruktur, um die elektromagnetische Wechselwirkung des Kern-Schale-Teilchens mit der ebenen Fläche vollständig zu erfassen. Dieses generalisierte Schema ermöglicht es, Kern-Schale-Teilchen unter Berücksichtigung nicht-lokaler Effekte zu modellieren, die sich in einem evaneszenten Feld befinden. Dieses würde eine zusätzliche Möglichkeit bietet, den Verstärkungsfaktor des elektrischen Feldes in der Nähe eines 3D-Kern-Schale-Resonators zu optimieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Kooperationspartner: Professor Dr. Yuri Eremin