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NOA-C1
Hotspot-unterstützte kohärente nichtlineare Raman-Spektroskopie mit Einzelmolekülauflösung und Zeitauflösung
Laufzeit: 01.07.2023 - 30.06.2027
Das Projekt zielt darauf ab, zwei Raman-Verstärkungseffekte zu kombinieren, nämlich plasmonische Hotspots und nichtlineare kohärente Anregung von Raman-Schwingungen, um die Dynamik lokaler chemischer Reaktionen zu untersuchen, die durch plasmonische Hotspot-induzierte lokale Stimuli (Wärme, Elektronen oder hohe Felder) auf der Nanoskala und auf Einzelmolekül-Ebene ausgelöst werden. Die erste Förderperiode konzentrierte sich auf die Optimierung der plasmonischen Nanostrukturen und die Einrichtung des optischen/spektroskopischen Aufbaus, der für die oberflächenverstärkte Einzelmolekül-Anti-Stokes-Raman-Streuung (SECARS) erforderlich ist. Insbesondere wurden die folgenden Schlüsselfragen behandelt: (I) Entwurf und Optimierung von plasmonischen Mehrfachresonanz- und Breitband-Nanostrukturen für SECARS und Breitband-CARS (B-CARS), (II) Nanofabrikation von hochauflösenden Nanostrukturen mit Lücken unter 5 nm bei hoher Ausbeute und Reproduzierbarkeit, und (III) ein optischer Aufbau für zeitaufgelöste Breitband-SECARS (TR-B-SECARS), um zwei wichtige Störungen bei SECARS zu entfernen, nämlich den nicht-resonanten Vier-Wellen-Mischungshintergrund (FWM) und die Zwei-Photonen-Photolumineszenz (TPPL) von Gold. B-CARS ermöglicht auch die spektroskopische Überwachung des Ablaufs chemischer Reaktionen. Diese Anstrengungen haben die größten Hürden auf dem Weg zu Einzelmolekül-SECARS beseitigt und den Grundstein für die zweite Förderperiode gelegt, die sich auf die Untersuchung von Hotspot-induzierten chemischen Reaktionen mit höchster Empfindlichkeit (Einzelmolekülebene) und zeitlicher Auflösung (Einzelpuls-Spektroskopie) konzentrieren wird. In der 2. Förderperiode stehen die folgenden beiden Themen im Mittelpunkt:
Thema 1: Zeitaufgelöste Einzelmolekül-Einzelpuls-Schwingungsspektroskopie: Wir werden weiter an der Realisierung von Einzelmolekül-SECARS arbeiten und streben darauf aufbauend die erstmalige Realisierung einer zeitaufgelösten Einzelmolekül-Einzelpuls-Breitband-SECARS an, die die ultimative Empfindlichkeit (Einzelmolekül) bei höchstmöglicher zeitlicher Auflösung bietet.
Thema 2: Untersuchung der Dynamik von Hotspot-induzierten lokalen chemischen Reaktionen durch zeitaufgelöste SECARS und B-CARS: Einsatz von zeitaufgelöstem Einzelmolekül-Breitband-SECARS zur Untersuchung chemischer Reaktionen, die durch Stimuli ausgelöst werden, die an den plasmonischen Hotspots erzeugt werden, wie z. B. heiße Elektronen, lokale Wärme und lokalisierte hohe optische Felder.
Dieses Projekt wird gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).