DNA Origami-assemblierte gerichtet emittierende Nanoantennen

• Antragsteller: Dr. Jer-Shing Huang
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447515653

Direktionale plasmonische Nanoantennen wurden in verschiedenen Bereichen eingesetzt, von der Sensorik, Spektroskopie, über direktionale Photonenquellen bis hin zur drahtlosen Kommunikation in optischen Nanoschaltungen. Um die gewünschte Richtcharakteristik zu erhalten, müssen die Morphologie und räumliche Anordnung der nanogroßen Antennenelemente präzise gesteuert und die optisch-frequenten Quantenemitter präzise angebracht werden, um lokale Antriebskräfte bereitzustellen. Daher muss eine deterministische, präzise, aber dennoch bequeme und kostengünstige Herstellungsmethode entwickelt werden, um eine effektive Massenproduktion von klar definierten gerichteten Nanoantennen zu erreichen. Bisher werden direktionale Nanoantennen meist mit teuren Top-Down-Ansätzen hergestellt, die in der Regel zeitaufwendig, nicht skalierbar sind und modernste Nanofabriken erfordern. Die DNA-Origami-Methode wurde zu einer flexiblen, gestaltbaren und deterministischen Methode entwickelt, um plasmonische Nanopartikel mit Molekulargenauigkeit anzuordnen. Diese Eigenschaften machen DNA Origami zu einem attraktiven Verfahren zur Herstellung von gerichteten optischen Nanoantennen.Ziel der geplanten Forschung ist es, mit Hilfe der DNA-Origami-Technologie plasmonische Nanopartikel und fluoreszierende Moleküle präzise zu vordefinierten, gerichtet emittierenden Nanoantennen als gerichtete Photonenquellen. Zwei Forschungsziele werden erreicht. Das erste Ziel ist es, den Herstellungsweg für eine stabile Massenproduktion von genau definierten DNA-Original-assemblierten direktionalen Nanoantennen zu etablieren. Das zweite Ziel ist es, fluoreszierende Moleküle präzise einzubinden, um die DNA Origami-assemblierten direktionalen Nanoantennen anzutreiben und ihre Emissions-Photonenstatik in Bezug auf die Emissionsrichtung zu untersuchen. Wenn diese Forschung erfolgreich ist, wird sie die derzeitigen Einschränkungen bei der Herstellung von gerichteten Nanoantennen überwinden und helle gerichtete Photonenquellen bereitstellen. Die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse und die entwickelte Technologie werden auch die Grundlage für die Forschung in der nächsten Förderperiode zum Thema Biosensorik mit DNA-Original-Nanoantennen, drahtlos in optischen Nanoschaltungen und gerichteten Einzelphotonenquellen für die Quantenoptik bilden. Die DNA Origami assemblierten direktionalen Nanoantennen können auch zu neuen Displaytechnologien führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen