Nature Communications: Ein Nanolaser aus Gold und Zinkoxid

Die Physikerinnen und Physiker stellten für ihre Studie Nano-Materialien her, die die optischen Eigenschaften von Metallen und Halbleitern kombinieren. Den Ausgangspunkt der Untersuchung bildeten schwammartige Teilchen aus Gold mit einem Durchmesser von einigen hundert Milliardstel Metern (Nanometern) und Poren mit einer Größe von rund zehn Nanometern. Die Materialwissenschaftler Dr. Dong Wang und Prof. Peter Schaaf von der TU Ilmenau stellten diese Metallschwämme her und entwickelten ein Verfahren, um sie mit einer dünnen Schicht aus dem Halbleiter Zinkoxid zu überziehen. Das Material dringt dabei auch in die winzigen Poren ein.

Um aufzuklären, wie die Nanomaterialien Licht einer Farbe in eine andere umwandeln, nutzten Teammitglieder um Prof. Dr. Anne L’Huillier und Prof. Dr. Anders Mikkelsen von der Universität Lund ein besonderes mikroskopisches Verfahren, die ultraschnelle Photoemissions-Elektronenmikroskopie. Mit Hilfe von extrem kurzen Lichtblitzen konnten sie nachweisen, dass Licht tatsächlich effizient in den Nanoporen konzentriert wird – eine wichtige Voraussetzung für zukünftige Anwendungen.

Die Forscher vom Fachgebiet Theoretische Physik I der TU Ilmenau unter der Leitung von Prof. Erich Runge simulierten die Eigenschaften des Materials zusätzlich mit theoretischen Modellen. Wie das Team berichtet, bieten aus Metallen und Halbleitern zusammengesetzte Nanopartikel wahrscheinlich neue Möglichkeiten, um die Eigenschaften des abgestrahlten Lichtes nach Wunsch zu justieren. Die Studie liefert damit grundlegende neue Einblicke dazu, wie hybride Metall-Halbleiter-Nanostrukturen Licht verstärken. Darüber hinaus könnten die Beobachtungen dazu beitragen, Materialien mit noch besseren optischen Eigenschaften zu entwickeln.