Nanopartikel für optische Gläser

Fotos: Universität Stuttgart

Ob Brillen oder Kameraobjektive: Die meisten optischen Bauteile sind mit einer Antireflexschicht entspiegelt. In die Beschichtung von optischen Gläsern könnte nun auch bald die Nanotechnologie Einzug halten: Forscher des 1. Physikalischen Instituts der Universität Stuttgart haben herausgefunden, dass die Beschichtung mit metallischen Nanopartikeln die Lichtreflexion fast vollständig unterdrücken kann.

Gold-Nanopartikel auf einer Glasoberfläche aufgenommen mit einem Rasterkraftmikroskop. Schematisch die Metallpartikel nahe der so genannten Perkolationsschwelle.

Dies ermöglicht hauchdünne Beschichtungen, die beispielsweise für integrierte Optiken oder für Solarzellen interessant sind. Über die Untersuchungen berichtet die renommierte Fachzeitschrift "Physical Review B" in ihrer aktuellen Ausgabe.

Ein Metallfilm auf einer Glasscheibe macht diese, wie wir jeden Morgen in unserem Badezimmerspiegel sehen, undurchsichtig, wenn der Film nur dick genug ist: Alles Licht wird reflektiert. Macht man die Metallschicht dünner als ein Tausendstel Millimeter, so wird sie teildurchlässig, was beispielsweise für Spionspiegel eingesetzt wird. Wenn man jedoch nur wenige Millionstel Millimeter des Metalls aufdampft, passiert etwas Unerwartetes: Plötzlich geht mehr Licht durch die Glasscheibe als ohne das Metall. Wie die Forschergruppe von Prof. Martin Dressel und Dr. Bruno Gompf auf der Basis dieser Voruntersuchungen herausgefunden hat, wirken die metallischen Nanopartikel als Antireflexbeschichtung; und sie ist tausendmal dünner als bei herkömmlichen Methoden.

Die optischen Eigenschaften ultra-dünner Metallfilme unterscheiden sich drastisch von den Volumeneigenschaften. Filme von wenigen Nanometern Dicke sind nicht mehr geschlossen, sie bilden winzige Inseln. Die so genannten dielektrischen Eigenschaften werden durch einen enorm großen Brechungsindex charakterisiert, kurz bevor sich ein kontinuierlicher Metallfilm ausbildet. Dies erlaubt nun, Strukturen mit gezielt einstellbaren optischen Eigenschaften zu produzieren, wie sie beispielsweise bei der zukünftigen Realisierung photonisch integrierter Schaltkreise Anwendung finden könnten. Hieran arbeitet nun eine Gruppe von Physikern und Ingenieuren im Rahmen des neuen Research Centers for Photonic Engineering (SCoPE) der Universität Stuttgart.

Quelle: Universität Stuttgart