Geordnete poröse Nanostrukturen - ein Baukastensystem für die Photonik

Abstract

Ziel meiner Habilitation war es durch Kombination von Selbstordnung und Lithographie perfekt geordnete 2D- und 3D-Porenstrukturen herzustellen. Dies ist meinem Team und mir sowohl für das Materialsystem Makroporöses Silizium als auch für poröses Aluminiumoxid gelungen. Dabei ist hervorzuheben, dass es uns im Falle des porösen Aluminiumoxides gelungen ist, mittels geeigneter Kombination von Vorstrukturierung und Selbstordnung, perfekt geordnete Strukturen mit einem Abstand kleiner als der der Lithographie zu erzeugen. Mittels neu entwickelter Methoden gelang die Replikation dieser monodispersen, hochgeordneten Porenstrukturen mit Metallen (Ni, Co, Au, Ag, ...) als auch mit Polymeren. Dabei wurde ein Verfahren entwickelt, welches jedes Polymer, das im flüssigen Zustand prozessierbar ist, in Polymernanoröhrchen abformen kann. Dieses Baukastensystem bestehend aus 2D- und 3D-periodischen Strukturen ermöglicht das Studium der Kopplung und der Interferenzen unterschiedlichster Wechselwirkungen und ist damit Modellsystem für die Physik und die Photonik, sui generis. Während die Theorie viele dieser Wechselwirkungen mit Hilfe periodischer Randbedingungen in Form von Blochmoden lösen kann, gab es vor Beginn meiner Dissertation aufgrund der fehlenden Realisierungen von periodischen 2D- und 3D-Nanostrukturen kaum Möglichkeiten der Überprüfung der Theorien. Die sehr gute Übereinstimmung zwischen Experiment und Theorie im Falle Photonischer wie auch Magnetischer Kristalle bestätigt, dass die verwendeten Materialsysteme ein Modellsystem für das Studium physikalischer Wechselwirkungen sind.

The aim of my habilitation is to prepare by combination of selfordering and lithography perfect 2D- and 3D- porous nanostructures. We succeeded preparing ordered macroporous silicon as well as porous alumina structures. In particular, we developed a process to prepare ordered pore arrays by imprint lithography where the period of imprint stamp was larger than that of the interpore distance (smart nanoimprint). By newly developed methods we were able to fill these monodisperse, highly-ordered pore arrays by metal (Ni, Co, Au, Ag, ...) as well as polymers. We invented a process, which allows the formation of nanotubes from every polymer that is processible in the liquid state. This tool box consisting of 2D and 3D periodic structures allows studying the coupling and interference phenomena of different interaction. It is a model system for physical interaction and electromagnetic waves, sui generis. While theory can describe most of these phenomena using periodic boundary condition and by the use of Bloch modes, there were almost no experimental realizations of 2D and 3D nanostructures at the beginning of my PhD. At the end of my habilitation, we have been able to show very good agreement between theory and experiment for photonic as well as magnetic crystals, so that we can call our material system a model system for the research of interactions and interferences.