Charakterisierung und Manipulation der Plasmon-Resonanz eines einzelnen Gold-Nanopartikels

Abstract

In dieser Arbeit wurde die Plasmon-Resonanz einzelner Gold-Nanopartikel untersucht und durch die Wechselwirkung mit ihrer lokalen Umgebung modifiziert. Dazu wurden einzelne Goldkolloide gezielt an einer Rastersondenspitze befestigt, um ihre beliebige Positionierbarkeit auf Nanometerskala zu erreichen. Zusätzlich wurde die Plasmon-Resonanz der Goldteilchen spektral untersucht, wodurch ihr Einsatz als Sensor möglich wurde.Zunächst wurde ein experimenteller Aufbau erstellt, der die flexible Kombination von Rastersondenmikroskopie, optischer Mikroskopie und Spektroskopie ermöglicht. Als Voraussetzung für alle weiteren Experimente wurde eine Methode zur gezielten Befestigung eines individuellen Gold-Nanopartikels am Ende einer Rastersondenspitze entwickelt.Um nähere Informationen über dieses Teilchen an der Spitze zu erhalten, wurde ein neuartiges Charakterisierungsverfahren entwickelt: die Plasmonen-Tomografie. Dabei erhält man durch rein optische Messungen Aufschluss über Form und Orientierung eines einzelnen Metall-Nanopartikels.Dass ein so charakterisiertes Teilchen an einer Rastersondenspitze eine neue Art von Experimenten ermöglicht, wurde mit seiner Annäherung an eine Grenzfläche demonstriert. Dabei konnte die Wechselwirkung eines einzelnen Partikel-Plasmons mit seinem eigenen Strahlungsfeld anhand der Frequenzverschiebung beobachtet werden.Die Untersuchungen wurden dann auf die Verwendung des Partikel-Plasmons als Nahfeld-Sonde ausgedehnt. In einem Demonstrationsexperiment wurde das Streulicht eines 100nm-Goldpartikels zunächst bei kohärenter Beleuchtung für eine optische Abbildung im Nahfeld verwendet. Durch Detektion des Plasmonenspektrums an jedem Bildpunkt der Abbildung wurde dann die Wechselwirkung des Plasmons mit seiner lokalen Umgebung ortsaufgelöst untersucht. Mit dieser neuartigen Methode konnten verschiedene Proben durch die Veränderung der spektralen Eigenschaften des Plasmons abgebildet werden.