SPP 1391: Ultraschnelle Nanooptik

Ziel des Schwerpunktprogramms ist die Untersuchung, gezielte Steuerung und Anwendung der raum-zeitlichen Dynamik elektromagnetischer Anregungen sowohl in metallischen Nanostrukturen als auch Hybrid-Nanostrukturen. Die starke Feldlokalisierung und die damit verbundene Feldüberhöhung wird in einer Vielzahl von interdisziplinären Anwendungen eingesetzt, wie z.B. in neuartigen Laserstrukturen, der Nutzung von optischen Nichtlinearitäten in der ultrasensitiven chemischen und biologischen Sensorik oder der Entwicklung von verbesserten Einzelphotonenquellen für die Quanten-Informationsverarbeitung. Die kohärente breitbandige Anregung solcher Nanostrukturen erschließt die Zeitdomäne als zusätzlichen Freiheitsgrad und erlaubt unter anderem die Steuerung der raum-zeitlichen Eigenschaften der ortsabhängigen Feldverteilungen.

Das neue Forschungsgebiet der "Ultraschnellen Nanooptik“ bietet deutlich mehr als die Summe von räumlicher und zeitlicher Auflösung. Es bietet Zugang zu Nahfeldanregungen und lokalen Wechselwirkungen, die mit herkömmlichen zeitaufgelösten Methoden unzugänglich sind. Andererseits erlaubt der Einsatz der ultrakurzen Lichtimpulse durch Anpassen der Nahfelder und ihrer Propagation eine weitere Erhöhung der räumlichen Auflösung und - wenn gewünscht - auch einer riesigen zeitlichen und örtlichen Energiekonzentration.

Die Beschreibung und Untersuchung der Dynamik elektromagnetischer Feldverteilungen in komplexen Nanostrukturen stellen große theoretische wie auch experimentelle Herausforderungen dar. Aus theoretischer Sicht ist die selbstkonsistente Beschreibung der Entwicklung eines an eine mesoskalige Feldverteilung gekoppelten Quantensystems von Interesse. Experimentelle Methoden, die die Felddynamik räumlich und zeitlich abbilden, existieren bislang nicht und müssen entwickelt werden.

Die im Schwerpunktprogramm bearbeiteten Themengebiete umfassen die Ein- und Auskopplung von ultrakurzen Lichtimpulsen in Nanostrukturen, Propagation breitbandiger nanooptischer Anregungen, nichtlineare nanooptische Phänomene sowie die kohärente Steuerung von nanooptischen Anregungen. Neben grundlegenden Fragestellungen werden dabei aufgrund der interdisziplinären Ausrichtung zwischen Physik, Chemie und Biologie auch neuartige spektroskopische Anwendungen realisiert.

DFG-Verfahren Schwerpunktprogramme

Internationaler Bezug Dänemark

Projekte

Adaptive control of tip-enhanced near-field optical signals in carbon nanotubes (Antragsteller Hartschuh, Achim)

Attosekunden-Felddynamik von lokalisierten Oberflächenplasmonen (Antragsteller Kleineberg, Ulf)

Coordination and workshops (Antragsteller Aeschlimann, Martin; Pfeiffer, Walter)

Eine Nanoantenne für die Kurzzeitspektroskopie eines einzelnen Halbleiter-Nanokristalls (Antragsteller Lippitz, Markus)

Emission kurzwelliger Photonen und Elektronenemission aus freien und deponierten Nanopartikeln in kontrollieren, ultraschnellen, laserinduzierten, nanolokalisierten Feldern (Antragsteller Fennel, Thomas; Kling, Matthias; Rühl, Eckart)

Exciton-plasmon interaction in metal-semiconductor hybrid nanostructures (Antragsteller Lienau, Ph.D., Christoph; Runge, Erich)

Femtosecond dynamics and control of metal-organic hybrid plasmonic systems (Antragsteller Bauer, Michael)

Femtosecond quantum optics with semiconductor-metal hybrid nanostructures (Antragsteller Bratschitsch, Rudolf)

Klassische und Quanten-Hydrodynamische Modelle zur Berechnung der ultraschnellen nichtlinearen optischen Eigenschaften metallischer Nanostrukturen (Antragsteller Busch, Kurt)

Kohärente Kontrolle von lokalisierten plasmonischen Resonanzen mittels Nahfeldkopplung (Antragsteller Zentgraf, Thomas)

Licht-Propagation und nichtlineare optische Eigenschaften in Silbercluster-Porphyrin-Nanostrukturen (Antragsteller Mitric, Roland)

Multipole interactions in nanooptical and plasmonic systems for nanosensors and nanooptical logical elements (Antragsteller Reinhardt, Carsten)

Nanolokalisierung von zeitumgekehrten kohärenten optischen Feldern in ungeordneten streuenden Medien (Antragsteller Pfeiffer, Walter)

Nicht-lineare Optik in komplexen, chiralen und drei-dimensionalen Nanostrukturen (Antragsteller Giessen, Harald)

Nonlinear interactions in single-crystalline plasmonic nanocircuitry (Antragsteller Brixner, Tobias; Hecht, Bert)

Nonlinear optics plasmonic nanoantennas from Lithium Niobate (Antragsteller Pertsch, Thomas; Rockstuhl, Carsten)

Optical coherent control of electrical currents in semiconductor-metal hybrid nanostructures: physics and spectroscopic applications (Antragsteller Betz, Markus)

Optical spatio-temporal optical control of electron-induced processes at graphene-supported metal cluster nano-structures (Antragsteller Bernhardt, Thorsten M.)

Optimization, pulse shaping and optical control in nanostructures (Antragsteller Förstner, Jens)

Physics and applications of a novel nanometer-sized femtosecond electron souce (Antragsteller Lienau, Ph.D., Christoph; Ropers, Claus)

Real-time investigation of surface plasmon plariton propagation in nanoscale plasmonic phase structures (Antragsteller Aeschlimann, Martin; Oesterschulze, Egbert)

Simultaneous spatial and temporal control of the local excitation of a nanostructure using polarization-shaped laser pulses (Antragsteller Aeschlimann, Martin; Brixner, Tobias; Pfeiffer, Walter)

Theory of spatio-temporally resolved optical dynamics - excitation, propagation and detection of elementary processes in hybrid nanostructures (Antragsteller Richter, Marten)

Transfer of Angular Monentum by Circularly Polarized Near Fields (Antragsteller Butt, Hans-Jürgen; Elmers, Hans-Joachim)

Ultrafast Nanooptics: Plasmonenkopplung, Propagation und Interferenz auf der Nanoskala, unter Beobachtung mit Femotosekunden Photoemissionsmikroskopie (Antragsteller Meyer zu Heringdorf, Frank-Joachim)

Ultrafast spatially-inhomogeneous optical nonlinearities of metal nanostructures analyzed by ab-initio based Maxwell-Bloch equations (Antragsteller Meier, Torsten)

Ultrafast Spectroscopy and Microscopy of Exciton Dynamics in Hybrid Organic solar cell blend film/ Plasmonic Systems on the Nanometer Scale (Antragsteller Meixner, Alfred J.)

Ultraschnelle nichtlineare optische Antwort metallischer Nanostrukturen: Kollektive Effekte und Hybrid-Material (Antragsteller Linden, Stefan)

Beteiligte Fachrichtungen Physik, Biologie, Elektrotechnik, Chemie

Sprecher Professor Dr. Martin Aeschlimann; Professor Dr. Walter Pfeiffer