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Lichstrahlen im Dunkel

Feinste Nanostrukturen mit Laser erzeugt

Mit einer an der Uni Linz weiterentwickelten Methode können spezielle Materialen durch Laser derart gezielt ausgehärtet werden, dass extrem feine dreidimensionale Nanostrukturen entstehen. Üblicherweise gibt die Wellenlänge des Laserlichts vor, wie klein diese werden können. Diese Grenze wurde nun mit einem Trick entscheidend verschoben.

Technologie 02.05.2014

Wie 3D-Drucker

Die Studie in den "Nano Letters":

"Nano-Anchors with Single Protein Capacity Produced with STED Lithography" von Moritz Wiesbauer et al., erschienen 2013.

Bei dem neuen Verfahren wird das Prinzip eines 3D-Druckers auf den Nanometerbereich übertragen. Die Forscher um Thomas Klar vom Institut für Angewandte Physik der Uni Linz verfolgen den Ansatz, Nanostrukturen in flüssigem Fotolack herzustellen, der genau dort aushärtet, wo ein Infrarot-Laserstrahl fokussiert wird.

Der Fokus des Laserstrahls wandert wie ein Stift durch den Lack, erzeugt dabei aus vielen Punkten Striche und in weiterer Folge ganze Strukturen. Die einzelnen Punkte können jedoch nicht beliebig verkleinert werden, da sich durch die Wellenlänge des Laserlichts ein natürliches Limit - genannt Beugungsgrenze - ergibt. "Man kann bestenfalls auf einen Kreisdurchmesser von etwa einer halben Wellenlänge fokussieren", so Doktorand Richard Wollhofen im Gespräch mit der APA. Auch bei besonders kurzwelligem ultraviolettem Laserlicht ist hier irgendwann der Plafond erreicht.

Bei der sogenannten "2-Photonen-Lithographie" werden zwei Lichtteilchen (Photonen) gleichzeitig benötigt, um die für das Aushärten notwendigen Starter-Moleküle anzuregen. Diese Bedingung ist aber nur im Fokus erfüllt. Dadurch erreicht man ein gezieltes Auslösen einer chemischen Reaktion, die zum Aushärten führt, wie der Forscher erklärte.

Stichbreite verkleinert

Mit der im Fachjournal "Nano Letters" veröffentlichten Weiterentwicklung der 2-Photonen-Lithographie zur "STED-Lithographie" gelang es Wollhofen in seiner Diplomarbeit aber, diese Grenze zu verschieben. Ein zweiter Laserstrahl umhüllt den Fokus des Anregungslasers ringförmig. "Man hat dann dieses kleine angeregte Volumen und der zweite Laser hat den Zweck, dass er die Starter-Moleküle rundherum wieder ausschaltet", so Wollhofen. So wird das Aushärten im Randbereich der Brennpunkte weitestgehend verhindert und die Strichbreite auf lediglich ein Tausendstel der Breite eines Haares verkleinert.

Dem von der Österreichischen Physikalische Gesellschaft für die beste experimentelle Diplomarbeit 2013 ausgezeichneten Nachwuchsforscher gelang es auf diese Weise, Linien zu erzeugen, die nur sieben Prozent der Wellenlänge des Anregungslasers breit sind. Die Beugungsgrenze wurde also deutlich unterschritten. Aus den Linien lassen sich dann Gitter und aus Schichten aufgebaute kleine dreidimensionale Objekte aus Polymeren herstellen.

Mit beiden Lasern gemeinsam können die Wissenschaftler den Beginn der Reaktion räumlich sehr genau kontrollieren. "Ein Problem ist, dass die Reaktion aber ein wenig darüber hinaus läuft", so Wollhofen. Der Strich wird also trotz des Lasers, der diesen Prozess entscheidend eindämmt, im Nachhinein noch ein wenig breiter. Die Forscher arbeiten nun daran, neue Materialien zu finden, in denen der Prozess von Haus aus bereits schneller stoppt, was dann noch feinere Strukturen ermöglichen würde.

science.ORF.at/APA

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