Ultrakurze Laserpulse - bedacht mit zwei Nobelpreisen in den letzten fünf Jahren - ermöglichen es, die optoelektronischen Eigenschaften von Materialien auf immer kürzeren Zeitskalen zu untersuchen. Die mögliche Zeitauflösung kann jedoch nur ausgenutzt werden, wenn der mit kurzen Pulsen einhergehende Frequenzbereich zur Gänze an das Material gekoppelt wird. Eine Kooperation des Instituts für Experimentalphysik der TU Graz, des Wigner Research Centers in Budapest und der Nano-Optik Gruppe der Universität Graz hat nun genau das für die Anregung von Oberflächenplasmonen auf einer Goldoberfläche mit einem Rekordwert von nur 7,9 fs Pulsdauer erreicht.
Dazu wurde ein lithographisch gefertigter Gitterkoppler auf einem dünnen Goldfilm entwickelt, der einfallende Femtosekunden-Pulse mit einer Bandbreite >70 THz und einer Effizienz >50% in an die Goldoberfläche gebundene Lichtwellen, eben Oberflächenplasmonen umwandelt. Mit einem Photoemissions-Elektronenmikroskop, einer NAWI Core Facility, wurde dann die Ausbreitung der Plasmonen mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung detektiert. Die Plasmonenpulse bestehen aus nur wenigen Schwingungen des optischen Feldes und könnten neue Einsichten in die linearen und nichtlinearen optischen Eigenschaften von Oberflächen und Nanostrukturen ermöglichen.
K.Komatsu, Z. Pápa, T. Jauk, F. Bernecker, L. Tóth, F. Lackner, W. E. Ernst, H. Ditlbacher, J. R. Krenn, M. Ossiander, P. Dombi, M. Schultze
Few-cycle surface plasmon polaritons
Nano Letters 24, 2637–2642 (2024)