Förderprojekte

Förderbeginn 01.01.2010

Anwendung nanoplasmonischer Feldüberhöhung für kompakte XUV und Röntgenquellen

Prof. Dr. Matthias Kling
Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Laboratory for Attosecond Physics

Dr. Alexander Weber-Bargioni
Lawrence Berkeley National Laboratory
Molecular Foundry

Die Nutzung von XUV Pulsen, erzeugt durch laser-induzierte hohe Harmonischen Generierung (HHG), bietet die Möglichkeit, gleichzeit extrem hohe zeitliche und räumliche Auflösung zu erreichen. Die Anwendung nanoplasmonischer Feldüberhöhung in geordneten Nanostrukturen soll in diesem Projekt ermöglichen, kompaktere XUV Quellen bereitzustellen. Ferner sollen bislang auftretende Probleme mit niedrigem Photonenfluss und begrenzter Abstimmbarkeit dieser Quellen gelöst werden. Unsere Forschung konzentriert sich auf Prozesse in Nanostrukturen verschiedener Größe, Form und Zusammensetzung, die zur HHG mit Lasern im Bereich weniger Lichtoszillationen führen. Ziel ist es, diese Prozesse zu verstehen, zu optimieren und letztlich so anzuwenden, dass Attosekundenpulsdauern erreicht werden können.

Abschlussbericht
Ziel des Projektes war die enge Zusammenarbeit zwischen Nanofabrikation auf der einen Seite (an der Molecular Foundry am LBNL) und Laserexperimenten (am MPQ), um Strukturen für die EUV Lichterzeugung mittels nanoplasmonischer Feldüberhöhung zu optimieren. Das Vorhaben war auf einem Bericht in dem Journal Nature basiert, dass EUV Licht mittels hoher Harmonischen Erzeugung (HHG) generiert werden kann. HHG ist ein gut-etabliertes Verfahren für die Erzeugung ultrakurzer extrem-ultravioletter Pulse durch direkte Frequenzkonversion von Femtosekundenpulsen im nahen Infrarot in Edelgasen. Wir haben eine Reihe von Au Bow-tie Nanostrukturen von der Molekular Foundry für unsere Tests erhalten. Während die Strukturen eine sehr hohe Qualität aufwiesen, war die EUV Lichterzeugung mit diesen Strukturen leider eine Herausforderung. Wir haben erfolgreich niedrigere Harmonische an den Bow-tie Nanostrukturen erzeugt und diese vor und nach Wechselwirkung mit dem Laser über AFM Messungen characterisiert. Es blieb während der Projektphase unklar, warum die Strukturen nicht geeignet waren. Es sollte hierbei erwähnt werden, dass kürzliche Arbeiten aus der Ropers Gruppe aus Göttingen suggerieren, dass die EUV Lichterzeugung auf inkohärenter atomarer Linienemission statt kohärenter HHG basiert.

Wir haben trotzdem einige Veröffentlichungen anhand unserer theoretischen Arbeiten schreiben können, die unsere Experimente begleitet haben [1-2]. Wir haben hier den kohärenten Prozess im Detail untersucht. Insbesondere konnten wir die Rolle der Carrier-Envelope Phase (CEP) und des Chirp für die Erzeugung isolierter Attosekundenpulse identifizieren. Für geeignete Pulsformen und durch spektrale Filterung könnten Sub-Femtosekundenpulse durch eine solche Quelle realisiert werden. Durch die Erhöhung der Anzahl der Emitter würde ferner der kohärente Prozess gegenüber dem inkohärenten verstärkt werden. Eine experimentelle Bestätigung für kohärente EUV Erzeugung durch nanoplasmonische Feldüberhöhung steht noch aus. Unsere theoretischen Arbeiten sind jedoch auch auf die direkte Elektronenemission im Nahfeld der Nanostrukturen anwendbar und haben ein reichhaltiges Forschungsprogramm zur Attosekunden Nanophotonik initiiert.

1. S.L. Stebbings et al., Probing ultrafast nano-localized plasmonic fields via XUV light generation, Proc. SPIE 7757, 77571F-1 (2010).

2. S.L. Stebbings et al., Generation of isolated attosecond extreme ultraviolet pulses employing nanoplasmonic field enhancement: optimization of coupled ellipsoids, New J. Phys. 13, 073010 (2011).