Abteilung Nanooptik: Forschungsfelder

Die Forschung der Abteilung Nanooptik zielt darauf ab, die experimentelle und theoretische Beherrschung von Licht-Materie-Wechselwirkung im Nanobereich voranzutreiben. Hierfür kombinieren wir Konzepte aus der Quantenoptik, der Laserspektroskopie, der Kryogenik, der optischen Bildgebung, der Rastersondentechnologie und Nanofluidik. Die aktuellen zwei Hauptforschungsgebiete sind:

 

Nanoquantenoptik:

Wir haben über zwei Jahrzehnte Erfahrung mit der Untersuchung grundlegender optischer Prozesse auf Einzelphoton- und Einzelemitterebene. Beispielsweise haben wir Grundlagen der effizienten Kopplung zwischen Licht und einem einzelnen Quantenemitter ohne die Notwendigkeit eines Resonators oder einer Antenne. Wir haben auch einen der ersten und quantitativsten Fälle einer Strahlungsverstärkung durch eine plasmonische Antenne. Das meiste unserer Arbeit betrifft Festkörperproben und einzelne organische Moleküle, aber unsere Ergebnisse sind oftmals auf andere Systeme wie Atome, Ionen, Quantenpunkte oder Farbzentren übertragbar. Die nächste Generation der Nanoquantenoptik in unserer Gruppe wird sich auf die Verwirklichung und Untersuchung einer kontrollierten Anzahl von interagierenden Quantenemittern, Photonen und Phononen konzentrieren. 

Nanobiophotonik

Unsere Arbeit in diesem spannenden Forschungsfeld begann in der zweiten Hälfte der 2000er Jahre, als wir zeigten, dass ein einzelnes Virus auf einer Lipidmembran durch interferomtric scattering microscopy (iSCAT) detektiert werden kann. Diese Technik, die wir zuerst im Jahr 2004 einführten, ist nach wie vor eine zentrale Säule unserer Arbeit in der Nanobiophotonik. Tatsächlich ist iSCAT mittlerweile ein weitverbreitetes und quantitatives Mikroskopieverfahren in vielen Laboren auf der ganzen Welt geworden. Für einen Überblick zu iSCAT konsultieren Sie bitte dieses vor Kurzem in Nano Letters veröffentlichte Minireview oder dieses Buchkapitel. Zusätzlich zu iSCAT haben wir Grundlagen zur Ångström-Auflösung in der Fluoreszenzmikroskopie vermittels kryogener Messungen gelegt. Alles in allem haben unsere Aktivitäten in der Nanobiophotonik zwei Richtungen: 1) Entwicklung neuartiger Messtechniken, wobei wir massiv von unserem Know-How in experimenteller Quantenoptik profitieren, und 2) Anwendung mathematischer und experimenteller Techniken zur Detektion, Mikroskopie, Tracking und Manipulation von biologischen Nanoobjekten wie etwa Viren und Proteinen. Hierbei arbeiten wir mit vielen Biologen, Biophysikern und Medizinern auf der ganzen Welt zusammen. Um diesen Forschungszweig weiter zu fördern, haben wir vor Kurzem das Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin gegründet. 

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