17.01.2010

Nanotechnologie: Physiker entwickeln neuartige metallische Beschichtung

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. Dies ermöglicht hauchdünne Beschichtungen, die etwa für integrierte Optiken oder für Solarzellen interessant sind. Über die Untersuchungen berichtet die renommierte Fachzeitschrift "Physical Review B".

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, wird sie teildurchlässig und für Kripobeamte interessant, die einem Verhör unbemerkt beiwohnen wollen.

Werden nun aber nur wenige Millionstel Millimeter des Metalls aufdampft, passiert etwas völlig Unerwartetes: Es mehr Licht durch die Glasscheibe als ohne Metallschicht. 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 etwa 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: Martin Hövel, Bruno Gompf und Martin Dressel: Dielectric properties of ultrathin metal films around the percolation threshold, Physical Review B, 81, 035402 (2010)

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