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S. Fossati:
"A resonant plasmonic structure for fluorescence spectroscopy";
Betreuer/in(nen): C. Eisenmenger-Sittner, J. Dostalek; Institut für Festkörperphysik, 2015; Abschlussprüfung: 25.11.2015.

Der Nachweis von Spuren chemischer und biologischer Verbindungen ist in vielen Bereichen, wie etwa der medizinischen Diagnostik, Umweltüberwachung oder Ernährungssicherheit, von wachsender Bedeutung. Eine gut etablierte, sensitive Methode zur Durchführung solcher Tests ist die Fluoreszenzspektroskopie, eine Methode, die auf dem Einsatz fluoreszierender Farbstoffe basiert. Die Sensitivität solche Fluoreszenz-Assays kann durch die Kombination mit plasmonischen Nanostrukturen, welche die Fluoreszenz-Intensität lokal verstärken, stark verbessert werden. Dabei koppelt das Dipolmoment eines Fluoreszenzfarbstoffes mir dem stark auf die Oberfläche konzentrierten elektro-magnetischen Feld von resonant angeregten Oberflächenplasmonen. Die optischen Wellen entstehen durch die Anregung von Schwingungen der Ladungsträgerdichte in metallischen Filmen und metallischen Nanopartikeln und gehen mit einer dramatischen Verstärkung der elektromagnetischen Feldstärke und Zustandsdichte einher. Angewandt auf Fluoreszenz-Assays kann diese Wechselwirkung verwendet werden um die Anregung des Farbstoffes selektiv zu verstärken und die Lichtsammeleffizienz durch gerichtete Abstrahlung zu erhöhen. In dieser Arbeit wird eine neue plasmonische Struktur vorgestellt und analysiert, die auf metallischen Nanopartikeln, angeordnet als regelmäßiges optisches Gitter, basiert. Eine Struktur, die kollektive Oberflächenplasmonen-Resonanzen an den Absorptions- und Emissionswellenlängen von Fluoreszenzfarbstoffen und im roten und infraroten Teil des Spektrums erlaubt, wird untersucht. Numerische Simulationen werden eingesetzt um die Geometrie zu planen und zu untersuchen. Die optimierte Struktur wird mit einer Photo-Nanoimprint Lithographie und einem Bedampfungsprozess erzeugt und Raster-Kraft-Mikroskopie sowie Elektronenmikroskopie werden eingesetzt um die Morphologie zu bestimmen. Die Bestimmung der spektralen Eigenschaften erfolgt durch optische Spektroskopie, wie auch die spätere Anwendung als fluoreszenzbasierter Biosensor auf optischen Verfahren basieren wird.