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Forschung & Entwicklung

Nanoskopie mit Quantenpunkten

07.03.2013

Eine neue Mikrofluidik-Einheit bewegt mit Nanometerpräzision einzelne Quantenpunkte. Diese können als Sonden für mikroskopische Aufnahmen mit bisher unerreichter Ortsauflösung verwenden werden.

Photonen aus opt. angeregtem, posititionsgesteuertem Quantenpunkt (li.) koppeln bei Abstand <50nm (re.) in den Silber-Nanodraht (gestrichelt) und werden an dessen Enden abgestrahlt

"Die Positionierung, Messung und exakte Manipulation von Objekten in Nanometergröße ist eine ständige Herausforderung bei der Entwicklung ultrakompakter Elektronik, zukünftiger Sensoren und optischer Bauelemente. Für mikroskopische Aufnahmen mit einer Auflösung unterhalb der Beugungsgrenze kann z.B. ein optisches Rasternahfeldmikroskop (scanning near-field optical microscope, SNOM) eingesetzt werden. Nachteilig wirken sich bei diesem Gerät die Empfindlichkeit, Komplexität und hohe Anschaffungskosten aus. Außerdem führt die Messung mit der Nahfeldsonde aufgrund deren Wechselwirkung mit der Probenoberfläche häufig zu Artefakten.
Wissenschaftler der Universität von Maryland in College Park, USA, arbeiten an einer neuen Methode für die Bildgebung mit Ortsauflösungen weit unterhalb der Beugungsgrenze. Als Grundlage verwenden sie Quantenpunkte aus Halbleitermaterialien mit Durchmessern von 3–6 nm, deren Emissionswellenlänge sich über die Partikelgröße einstellen lässt. Ein neu entwickeltes mikrofluidisches Bauelement kann Quantenpunkte nun über eine präzise Flusskontrolle exakt positionieren. Dazu wählt ein Computeralgorithmus in einer Lösung einen einzelnen Quantenpunkt als Sensor aus. Ein bildgesteuerter Feedback-Prozess verfolgt den Quantenpunkt im Mikrofluidiksystem und korrigiert dessen Position über den Fluss des zweikanaligen Bauelements. Der Quantenpunkt kann somit als Nanosonde für die Bildgebung an beliebige Positionen bewegt werden. Erreicht wurde dabei eine Ortsauflösung von 12 nm.
Die Methode bietet inzwischen eine deutlich höhere Ortsauflösung als konkurrierende Techniken – und ist außerdem weitaus günstiger. Eine solche Mikrofluidik-Einheit soll sich für unter 50 € mit Standardmethoden der weichen Lithographie herstellen lassen, während in ein konventionelles optisches Rasternahfeldmikroskop mehrere 100 000 € investiert werden müssen. Das Team hofft, dass es alle notwendigen Systemkomponenten zu einem kostengünstigen Erweiterungsprodukt für bestehende Mikroskope integrieren kann.
[Ch. Ropp et al., Nanoscale imaging and spontaneous emission control with a single nano-positioned quantum dot, Nature Communications, DOI 10.1038/ncomms2477, online 5.2.2013]"

BioPhotonik B1/2013

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