Vor fast 70 Jahren zeigten Wissenschaftler, dass Elektronen in Materialien wellenartige, sich fortsetzende Schwingungen aufrechterhalten können – die sogenannten Plasmonen. Heutzutage befasst sich eine dynamische Plasmonenforschung mit diesen elektronischen Schwingungen, deren Anwendungen für neue, schnellere Computerchips, Solarzellen, Biosensoren und sogar Krebstherapien relevant sind.
Plasmonen werden stark von der Geometrie ihrer Umgebung und dem Material, in dem sie erzeugt werden, beeinflusst und lassen sich dadurch für verschiedenste Zwecke steuern. Es war bislang jedoch nicht bekannt, wie sich Plasmonen in einen Extremfall verhalten – nämlich wenn diese Materialien nur wenige Atomlagen dick sind.
Das internationale Forschungsteam mit Felipe da Jornada und Steven Louie vom LBNL an der University of California, Berkeley, und Lede Xian und Ángel Rubio vom MPSD am Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) in Hamburg fokussierten sich auf die Eigenschaften von Plasmonen in solchen Materialien.
Durch Quantenberechnungen entdeckten sie, dass Plasmonen in allen atomar dünnen Materialien merkwürdige Verhaltensweisen an den Tag legen. Dies war anfänglich überraschend für die Autoren. Felipe da Jornada, nun an der Stanford University, sagt dazu:
„Die Lehrbuchphysik sagt uns, dass sich Plasmonen in dreidimensional ausgedehnten Festkörpern anders verhalten als in zweidimensionalen Materialien. Aber anders als in diesen vereinfachten Modellen weisen Plamonen in allen echten, atomar dünnen Materialien ein noch anderes Verhalten auf und sind räumlich insgesamt sehr viel lokalisierbarer,“
Diese und weitere Forschungsergebnisse seien für viele Anwendungen relevant, sagt Ángel Rubio, der Direktor der MPSD-Theorieabteilung.
Zum Nachlesen
- MPSD (21.02.20): Plasmonen im atomaren Flachland
- Nature Communications (21.02.20): Universal slow plasmons and giant field enhancement in atomically thin quasi-two-dimensional metals
