DE102013108584B3

DE102013108584B3 - Substrat für die Erzeugung von Oberflächenplasmonen und Oberflächenpolaritonen mittels einer Anregungsstrahlung, Verfahren zur Herstellung des Substrats und Verwendungen des Substrats

Info

Publication number: DE102013108584B3
Application number: DE201310108584
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2014-11-06
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: US20150042990A1; EP2876431B1; EP2876431A1; US9551648B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Substrat für die Erzeugung von Oberflächenplasmonen (SP) und Oberflächenpolaritonen (SPP) mittels einer Anregungsstrahlung, wobei das Substrat (1) eine Trägerschicht (2) und eine Beschichtung (3) mit Gold oder Silber aufweist. Eine Oberfläche der Trägerschicht (2) ist mit in einem Array aus Zeilen (5) und Spalten (6) angeordneten gleichen Oberflächenstrukturen versehen. Die Oberflächenstrukturen sind Vertiefungen (4) mit einer länglichen Form, die mit einer ersten Periodizität (PH) und mit einer zweite Periodizität (PV) in Richtung der Zeilen (5) bzw. orthogonal zur Richtung der Zeilen (5) angeordnet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des Substrats (1) sowie Verwendungen des Substrats (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Substrat, das zur Anregung von Oberflächenplasmonen (surface plasmons) und Oberflächenpolaritonen (surface plasmon polaritons) mittels einer Anregungsstrahlung geeignet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des Substrats sowie Verwendungen des Substrats.
Auf dem verhältnismäßig jungen technischen Gebiet der Plasmonik als einer Teildisziplin der Nanophotonik sind in den letzten Jahre vielfältige Anstrengungen unternommen worden, um auf kleinstem Raum technische Strukturen wie Schaltkreise oder zur Detektion und Analyse biologischer Moleküle zu schaffen oder um spektroskopische Verfahren wie beispielsweise die Ramanspektroskopie zu verbessern (z. B. Kocabas et al., Plasmonic Band Gap Structures for Surface-Enhanced Raman Scattering, OPTICS EXPRESS 16: 12469–12477, 2008 und Baumgart et al., Off-Resonance Plasmonic Enhanced Femtosecond Laser Optoporation and Transfection of Cancer Cells, Biomaterials 33: 2345–2350, 2012).
So ist in der US 8 415 611 B2 ein Sensorchip offenbart, dessen Substrat eine metallische Oberfläche und eine diffraktiv wirkende Struktur aufweist. Die diffraktiv wirkende Struktur ist mit einer Nachweissubstanz (target substance) versehen und ist durch drei Typen von Vorsprüngen gebildet. Auf einer Basisebene des Substrats sind regelmäßig erste Vorsprünge mit einer Periode zwischen 100 und 1000 nm angeordnet. Auf der Basisebene und auf den ersten Vorsprüngen sind weitere regelmäßig angeordnete Vorsprünge vorhanden. Wirkt eine geeignete Anregungsstrahlung auf das Substrat ein, werden an den ersten Vorsprüngen Oberflächenplasmonresonanzen erzeugt, die im Zusammenwirken mit den zweiten und dritten Vorsprüngen zu Oberflächenpolaritonen und lokalen Oberflächenpolaritonen führen. Infolgedessen sind extrem verstärkte elektrische Felder generiert, durch die eine oder mehrere Nachweissubstanz mittels selektiv verstärkter Raman-Spektroskopie nachweisbar sind.
Versuche zur Anregung und dem Verhalten von Oberflächenplasmonen an regelmäßig strukturierten unbeschichteten und mit Metall beschichteten Substraten wurden durch Perney et al. durchgeführt und publiziert (Perney, N. M. B. et al. (2006): Tuning localized plasmons in nanostructured substrates for surface-enhanced Raman scattering, OPTICS EXPRESS, 14: 847–857). Dabei wurden reproduzierbar lokale Oberflächenplasmone in Vertiefungen der Metallbeschichtung angeregt.
Ein Oberflächenplasmonresonanzsensor ist in der US 2008/0218761 A1 offenbart. Der Sensor umfasst einen Sensorchip, eine Quelle einer Anregungsstrahlung und einen Photodetektor zur Detektion von Licht, das von dem Sensorchip reflektiert wurde. Der Sensorchip weist ein Substrat auf, auf dem eine Metallschicht vorhanden ist. Die Metallschicht wiederum weist Vertiefungen auf, deren sich gegenüberliegenden Wände ebenfalls eine Metallschicht tragen, sodass an diesen ein lokales resonantes elektrisches Feld anregbar ist.
Eine Nutzung von Oberflächenpolaritonen zur Strahlungserzeugung ist aus der EP 0 442 002 A1 bekannt. Dabei werden in einem Schichtaufbau mit einer zwischen zwei Confinementschichten angeordneten aktiven Schicht verwendet. Die aktive Schicht weist auf einer ihrer Seiten periodische Strukturierungen mit einem semitransparenten Metallfilm auf, auf den Oberflächenpolaritonen anregbar sind.
Einen guten Überblick zu nanophotonischen Effekten von Oberflächenplasmonen, Oberflächenpolaritonen, photonischer Bandlücke (photonic band gap) und der Strukturierung von Substratoberflächen ist durch Barnes et al., Surface Plasmon Subwavelength Optics, NATURE 424: 824–830, 2003 bereitgestellt, die hiermit durch Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen ist.
Um Plasmone anzuregen, wird neben einer geeigneten Anregungsstrahlung eine strukturierte, diffraktive Oberfläche benötigt, die mit einer dünnen Schicht Gold oder Silber überzogen ist. Je nach Gestaltung der Strukturen der Oberfläche können in Abstimmung mit der jeweils verwendeten Anregungswellenlänge der Anregungsstrahlung die erzielbaren optischen Wirkungen sehr fein eingestellt werden. Um Substrate mit sehr feinen Strukturen zu erhalten ist beispielsweise durch Singh und Hillier, Surface Plasmon Resonance Enhanced Transmission of Light Through Gold-Coated Diffraction Gratings, Analytical Chemistry 80: 3803–3810, 2008 vorgeschlagen worden, Schichten beschreibbarer DVDs (digital versatile discs) zu verwenden. Diese Schichten aus Polycarbonat wurden mit Rillen mit einem Abstand von etwa 1,5 µm und einer Höhe von rund 160 nm versehen und mit Gold beschichtet. Das so erhaltene Substrat konnte beispielsweise zur Detektion der Dicke von ultradünnen Einfachschichten (monolayer) von Alkanethiolaten und der Antigen-Antikörper-Komplexbildung verwendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein neues Substrat vorzuschlagen, mittels dem Oberflächenplasmone und Oberflächenpolaritone in vorbestimmter Weise auf dem Substrat erzeugbar sind.
Die Aufgabe wird durch ein Substrat gelöst, das für die Erzeugung von Oberflächenplasmonen (fortan auch: SP) und Oberflächenpolaritonen (fortan auch: SPP) mittels einer Anregungsstrahlung einer bestimmten Wellenlänge (Anregungswellenlänge) geeignet ist. Das Substrat besteht aus einer für die Anregungsstrahlung transparenten Trägerschicht mit einer Oberflächenstrukturierung auf einer Oberfläche der Trägerschicht. Die Oberfläche mit der Oberflächenstrukturierung ist mit einer für die Anregungsstrahlung reflektiven und zur Erzeugung von SPP durch die Anregungsstrahlung geeigneten Beschichtung aus Gold oder Silber beschichtet. Ein erfindungsgemäßes Substrat ist dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturierung aus einer Anzahl gleich großer, voneinander getrennter Vertiefungen mit je einer Länge in einer Längsrichtung, einer Breite in einer zur Längsrichtung orthogonal weisenden Querrichtung und einer Tiefe besteht. Die Vertiefungen sind in einer regelmäßigen zweidimensionalen Anordnung (nachfolgend auch als „Array“ bezeichnet) in Zeilen und Spalten angeordnet, wobei die Längsrichtungen der Vertiefungen parallel zueinander und in Richtung der Zeilen weisen. Die Spalten verlaufen unter einem Winkel α zu den Zeilen. Das Array weist in der Richtung der Zeilen (nachfolgend auch: Zeilenrichtung) eine erste Periodizität der Oberflächenstrukturierung und orthogonal zur Richtung der Zeilen eine zweite Periodizität der Oberflächenstrukturierung auf. Die Länge der Vertiefungen weisen einen Wert aus einem Bereich von 100 bis 2500 nm auf. Die Länge der Vertiefung beträgt ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge eines durch eine Anregungsstrahlung einer bestimmten Wellenlänge hervorgerufenen Oberflächenpolaritone (SPP).
Die Vertiefungen weisen in der Draufsicht eine gleiche längliche Form mit parallel zueinander verlaufenden Seitenlinien in Längsrichtung auf, die an jedem Ende der Vertiefung durch einen konvexen und zu einer in Längsrichtung verlaufenden Mittellinie der Vertiefung symmetrischen Rand begrenzt ist. Der lichte Abstand der parallel zueinander verlaufenden Seitenlinien ist die Breite der Vertiefung. Der Abstand der konvexen Ränder entlang der Mittellinie ist die Länge der Vertiefung. Die Tiefe ist der Abstand von der Oberfläche mit den Oberflächenstrukturen bis zu einem Boden der Vertiefung. Die Tiefe ist vorzugsweise geringer als eine Dicke der Trägerschicht.
Die Vertiefungen sind mit möglichst geringen Toleranzen gefertigt und weisen insbesondere ausgeprägte, „scharfkantige“ Übergänge der Ränder der Seitenlinien und der konvexen Ränder zur Oberfläche der Trägerschicht auf.
Getrennt sind die Vertiefungen durch trennende Abschnitte der Oberfläche, oft auch als „lands“ bezeichnet, in denen keine Oberflächenstrukturen vorhanden sind.
Eine zweidimensionale Anordnung bzw. ein Array ist durch die Zeilen und Spalten gegeben. Die Zeilen und Spalten können orthogonal zueinander verlaufen. Die Spalten können auch unter einem Winkel ungleich 90° zu den Zeilen verlaufen, wie dies bei einem Array mit einer hexagonalen Anordnung der Vertiefungen der Fall ist. Die Spalten verlaufen in einem solchen Fall diagonal durch das Array. Es ist mindestens eine Zeile oder mindestens eine Spalte in dem Array vorhanden. Das Array kann daher beispielsweise auch nur durch eine Spalte und eine Anzahl von Zeilen gebildet sein.
In jeder Spalte sind vorzugsweise mindestens eine Vertiefung und ein trennender Abschnitt enthalten. Durch die Länge der Vertiefung und eine Länge des trennenden Abschnitts in Zeilenrichtung (erste Abschnittslänge) ist die Spaltenbreite gegeben. In jeder Zeile sind vorzugsweise die Vertiefungen dieser Zeile und neben jeder Vertiefung ein orthogonal zur Zeilenrichtung verlaufender trennender Abschnitt zu der nächstliegenden Vertiefung einer der benachbarten Zeilen enthalten, wobei die Länge dieses trennenden Abschnitts orthogonal zur Zeilenrichtung gemessen ist. Durch die Breite der Vertiefung und eine Länge des trennenden Abschnitts orthogonal zur Zeilenrichtung (zweite Abschnittslänge) ist die Zeilenbreite gegeben. Den jeweils äußersten Zeilen und Spalten, die jeweils nur eine benachbarte Zeile bzw. Spalte aufweisen, ist jeweils ein Abschnitt der Oberfläche zugehörig, der der ersten bzw. zweiten Abschnittslänge der anderen Zeilen bzw. Spalten des Arrays entspricht.
Unter der ersten Periodizität wird derjenige Abstand in Richtung der Zeilen verstanden, nach dem sich ein Muster in einer Zeile wiederholt. In dieser Beschreibung wird die erste Periodizität als die Summe der Länge der Vertiefung und einer Abschnittslänge in Zeilenrichtung (Spaltenbreite) verstanden. Die zweite Periodizität wird als eine Summe aus der Breite der Vertiefung und einer Abschnittslänge orthogonal zur Zeilenrichtung (Zeilenbreite) verstanden. Die zweite Periodizität entspricht daher der Zeilenbreite. Die Oberflächenstrukturen wie die Vertiefungen sowie die trennenden Abschnitte sind periodisch in dem Array angeordnet.
Die Beschichtung weist eine Materialdicke von beispielsweise 20 bis 55 nm auf. Entsprechend der jeweils in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Substrats auf die Trägerschicht aufgebrachten Beschichtung weist das erfindungsgemäße Substrat unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere bei einer Anregung von SPs und einer gegebenenfalls erfolgenden Ausbreitung von SPPs auf. Die Beschichtung ist durch Nanopartikel des verwendeten Materials gebildet und mittels geeigneter und dem Fachmann bekannter Verfahren auf der Trägerschicht aufgebracht. Vorzugsweise ist die Beschichtung mittels Sputter-Verfahren aufgebracht, wie diese bei der Herstellung optischer Datenträger wie DVD, HD-DVD oder Blu-ray verwendet werden.
Die Trägerschicht besteht vorzugsweise aus Polycarbonat (PC). PC besitzt für eine Verwendung zur Erzeugung von SPs und SPPs günstige optische Eigenschaften, wie eine hohe Transparenz, eine vernachlässigbare Lichtabsorption, keine Verunreinigungen im Material, gute mechanische Stabilität und eine minimale Wasseraufnahme im Verhältnis zu anderen Polymeren. Außerdem ist PC sehr gut für hochpräzise Herstellungsverfahren wie Formpressen (moulding, siehe z. B. Tosello et al., Replication and Dimensional Quality Control of Industrial Nanoscale Surfaces Using Calibrated AFM Measurements and SEM Image Processing, CIRP Annals – Manufacturing Technology 59: 563–568, 2010) geeignet.
Das Array kann eine rechteckige Form aufweisen. Dabei sind die Zeilen und Spalten orthogonal zueinander ausgerichtet. In weiteren Ausgestaltungen des Arrays kann der Winkel α, anders als 90°, beispielsweise 15°, 30°, 45°, 60° oder 75° sein. Je nachdem, welche (virtuelle) Bezugslinie, z. B. Mittellinie, Seitenlinie, virtuelle Zeilen- oder Spaltenränder usw., zur Messung des Winkels alpha gewählt wird, kann dieser größer als 180° sein und negative Sinuswerte ergeben. In einem solchen Fall wird der Betrag des Winkels α verwendet.
Ist der Winkel α von 90° verschieden, liegt eine hexagonale Form des Arrays (Wabenstruktur) vor.
Ganz allgemein sind in Abhängigkeit von der Geometrie der Vertiefungen zwei verschiedene Typen von Oberflächenplasmonen anregbar. Wenn beispielsweise die von elektromagnetischen Wellen gebildete Anregungsstrahlung die Beschichtung aus einem Edelmetall wie Gold oder Silber beleuchtet, werden kollektive kohärente Oszillationen freier Elektronen an der Oberfläche der metallischen Beschichtung angeregt. Diese Oszillationen der Elektronen bewirken eine Ladungstrennung, wodurch kohärente Dipol-Oszillationen bewirkt sind, die als Oberflächenplasmone (SP) bezeichnet werden.
Bei bestimmten Frequenzen der Anregungsstrahlung, die spezifische Resonanzfrequenzen der SPs darstellen, können die SPs in einem Nanopartikel eine maximale Amplitude erreichen. Durch eine solche maximale Amplitude ist eine hohe Verstärkung eines anfangs vorhandenen elektromagnetischen Feldes erreicht.
Anders verhalten sich die angeregten Elektronen einer flächigen Metall-Dieletrikum-Anordnung (Substrat). Bei diesen Substraten sind die kohärenten Dipol-Oszillationen nicht an die nanoskaligen Vertiefungen gebunden, sondern breiten sich (propagieren) entlang der metallischen Oberfläche aus. Diese sich ausbreitenden Plasmone werden als Oberflächenpolaritone (SPP) bezeichnet. Bei der Lösung der Maxwell-Gleichung für eine oben beschriebene Metall-Dielektrikum-Anordnung wird eine Verteilungsfunktion (dispersion relation) erhalten, aus der offensichtlich hervorgeht, dass die SPP gedämpfte Wellen (evanescent waves) darstellen, die aufgrund des Impulserhaltungssatzes (momentum conservation law) nicht direkt in das sich ausbreitende Licht des Lasers eingekoppelt werden können.
Es sind verschiedene Techniken zur Kompensation der Momentenabweichung (momentum mismatch) und zur Anregung von SPPs bekannt (Zayats et al.,, Nanooptics of Surface Plasmon Polaritons, Physics Reports 408: 131–314, 2005).
Die Länge der Vertiefung der Oberflächenstrukturierung beträgt ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge eines durch eine Anregungsstrahlung einer bestimmten Wellenlänge hervorgerufenen Oberflächenpolaritone (SPP). Durch eine solche Gestaltung ist in äußerst vorteilhafter Weise erreicht, dass sich die gesamte Vertiefung wie ein Fabry-Perot-Resonator verhält. In einem solchen Fall können sich die angeregten SPP nicht entlang der Grenze zwischen Beschichtung (Metall) und einem umgebenden dielektrischen Medium wie beispielsweise Luft, Wasser, Aceton, Ethanol verschiedene Polymere, Oxide oder Kristalle wie Al₂O₃ propagieren. Grundsätzlich ist aber die Verwendung jedes Dielektrikums möglich. Solche stehenden SPs werden als stehende Bloch-Oberflächenpolaritone (BSPP) bezeichnet. Besonders erwähnenswert ist, dass die Nahfeldverstärkung (near-field enhancement) einen Wert von 23 erreichen kann. Die BSPP sind mit den an der Vertiefung angeregten SP gekoppelt und können dort Moden ausbilden. Dadurch wird das lokale elektrische Feld in der Vertiefung konzentriert und durch teilweise Absorption der Anregungsstrahlung in dem Metall der Beschichtung verursachte Verluste reduziert, während die SPP aufgrund ihrer Ausbreitung (Propagation) entlang der metallischen Oberfläche des Substrats von einer höheren Energiedissipation begleitet sind.
Ein weiterer Effekt des erfindungsgemäßen Substrats ist die Möglichkeit zur Ausbildung von sogenannten Oberflächenplasmonbandlücken (surface plasmon band gap), nachfolgend kurz als Bandlücke bezeichnet. Bei manchen Frequenzen (Bereich zwischen ω– (untere Bandlückenkante) und ω+ (obere Bandlückenkante); siehe Barnes et al., Surface Plasmon Subwavelength Optics, NATURE 424, Seite 827, Box 3, 2003) der Anregungsstrahlung ist es auf periodisch strukturieren Substraten nicht möglich, die Anregungsstrahlung unter Nutzung von Ansätzen zur Kompensation von Momenten (momentum compensation approach) in SPP einzukoppeln.
Strukturierungen (gratings) wie das erfindungsgemäße Substrat werden in Analogie zu photonischen Kristallen (photonic crystals) auch als polaritonische Kristalle („surface plasmon polaritonic crystal“) bezeichnet.
Wenn das passende Diffraktionsmoment (diffraction moment) auf die niedrigste Frequenz der Bandlücke an der unteren Bandlückenkante bei ω– trifft, können die resultierenden Dipol-Dipol-Trennungen bei Frequenzen der Bandlücke mittels der Vertiefungen lokalisiert werden. Liegen Frequenzen außerhalb der Bandlücke vor, ist eine Ausbreitung des angeregten SPPs über die trennenden Abschnitte („lands“) zwischen den Vertiefungen möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Substrats können auf dem Substrat eine Anzahl von Arrays vorhanden sein. Dabei können die Arrays gleich sein. Beispielsweise sind auf einem Substrat eine Anzahl gleicher Arrays hergestellt, die anschließend durch Zerteilen des Substrats vereinzelt werden können. Natürlich können auch unterschiedliche Arrays vorhanden sein und dann vereinzelt werden. So kann beispielsweise eine bessere Ausnutzung der Fläche der Trägerschicht erreicht werden.
Durch eine gezielte Kombination von Arrays unterschiedlicher Eigenschaften, wie z. B: unterschiedlicher erster und zweiter Periodizitäten, Längen der Vertiefungen und Materialdicken der Beschichtung, sowie durch die gezielte Anordnung und Ausrichtung der Arrays zueinander können auf dem erfindungsgemäßen Substrat funktionelle Einheiten wie optische Schaltkreise oder optische Kanäle vorhanden sein.
Sowohl das erfindungsgemäße Substrat als auch ein Substrat für die Erzeugung von Oberflächenplasmonen und Oberflächenpolaritonen mittels einer Anregungsstrahlung einer bestimmten Wellenlänge, bestehend aus einer für die Anregungsstrahlung transparenten Trägerschicht mit einer Oberflächenstrukturierung auf einer Oberfläche der Trägerschicht und einer für die Anregungsstrahlung reflektiven und zur Erzeugung von SPP durch die Anregungsstrahlung geeigneten Beschichtung der Oberfläche mit der Oberflächenstrukturierung aus Gold oder Silber, wobei die Oberflächenstrukturierung aus einer Anzahl gleich großer, voneinander getrennter Vertiefungen mit je einer Länge in einer Längsrichtung, einer Breite in einer zur Längsrichtung orthogonal weisenden Querrichtung und einer Tiefe besteht, die Vertiefungen in einer regelmäßigen zweidimensionalen Anordnung (Array) in Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei die Längsrichtungen parallel zueinander und in Richtung der Zeilen weisen und die Spalten unter einem Winkel α zu den Zeilen verlaufen, das Array in der Richtung der Zeilen eine erste Periodizität der Oberflächenstrukturierung und orthogonal zur Richtung der Zeilen eine zweite Periodizität der Oberflächenstrukturierung aufweist und die Länge der Vertiefungen einen Wert aus einem Bereich von 100 bis 2500 nm aufweist, sind vielfältig einsetzbar. Beide Substrate können beispielsweise für die Ramanspektroskopie, die oberflächenverstärkte Ramanspektroskopie (surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS), zur laserbasierten Manipulation, z. B. Transfektion in Tumorzellen und / oder Stammzellen, für plasmonische Wellenleitung von optischen Telekommunikationssignalen, zur gesteuerten Manipulation von Zellen, beispielsweise von neuronalen Zellen, und zur Erzeugung optischer Greifer (optical tweezers; single-beam gradient force trap) verwendet werden.
Die Aufgabe wird ferner in einem Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Substrates als auch eines für die Erzeugung von Oberflächenplasmonen und Oberflächenpolaritonen mittels einer Anregungsstrahlung einer bestimmten Wellenlänge vorgesehenen Substrats, bestehend aus einer für die Anregungsstrahlung transparenten Trägerschicht mit einer Oberflächenstrukturierung auf einer Oberfläche der Trägerschicht und einer für die Anregungsstrahlung reflektiven und zur Erzeugung von SPP durch die Anregungsstrahlung geeigneten Beschichtung der Oberfläche mit der Oberflächenstrukturierung aus Gold oder Silber, wobei die Oberflächenstrukturierung aus einer Anzahl gleich großer, voneinander getrennter Vertiefungen mit je einer Länge in einer Längsrichtung, einer Breite in einer zur Längsrichtung orthogonalen Querrichtung und einer Tiefe besteht, die Vertiefungen in einer regelmäßigen zweidimensionalen Anordnung (Array) in Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei die Längsrichtungen parallel zueinander und in Richtung der Zeilen weisen und die Spalten unter einem Winkel α zu den Zeilen verlaufen, das Array in der Richtung der Zeilen eine erste Periodizität der Oberflächenstrukturierung und orthogonal zur Richtung der Zeilen eine zweite Periodizität der Oberflächenstrukturierung aufweist und die Länge der Vertiefungen einen Wert aus einem Bereich von 100 bis 2500 nm aufweist, gelöst, wobei in einem Verfahrensschritt des Verfahrens die Trägerschicht bereitgestellt wird, in einem weiteren Verfahrensschritt in die Oberfläche einer Seite der Trägerschicht die Oberflächenstruktur eingebracht wird und dann die Oberfläche mit der Oberflächenstruktur mit einer Beschichtung versehen wird. Gekennzeichnet ist ein erfindungsgemäßes Verfahren dadurch, dass die erste Periodizität für Anwendungen des Substrats mit einer Anregungsstrahlung mit einer Wellenlänge im sichtbaren Wellenlängenbereich (400–700 nm) oder im nahen Infrarotbereich (> 700–1064 nm) zwischen 100 und 600 nm gewählt wird. Alternativ dazu wird die erste Periodizität zwischen 600 und 800 nm gewählt, wenn das Substrat für Anwendungen verwendet wird, bei denen mit Anregungsstrahlungen mit Anregungswellenlängen ausgewählt aus einem Bereich von 1300 bis 1550 nm für optische Telekommunikationszwecke SPs bzw. SPPs angeregt werden sollen. Für beide Alternativen wird die zweite Periodizität anhand einer Berechnungsvorschrift unter Einbeziehung der Länge und Breite einer der Vertiefungen sowie der ersten Periodizität berechnet.
Werden Anregungsstrahlungen mit Wellenlängen ausgewählt aus einem Bereich von 1300 bis 1550 nm für optische Telekommunikationszwecke genutzt, ist vorteilhaft eine Null-Dispersion (zero-dispersion) in optischen Fasern erzielbar.
Zum Einbringen der Oberflächenstruktur kann beispielsweise das Formpressen, Lithographie, Elektronstrahllithographie, fokussierte Ionenstrahllithographie oder 2-Photonen-Polymerisation benutzt werden.
Als Berechnungsvorschrift wird beispielsweise die Gleichung: zweite Periodizität = Länge der Vertiefung + erste Periodizität – Breite der Vertiefung verwendet.
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Substrats ist die Wahl der ersten Periodizität weit wichtiger als die Wahl der zweiten Periodizität. Bei einer Beleuchtung des Substrats mit einer Anregungsstrahlung unter einem Beleuchtungswinkel ist die Richtung der Anregungsstrahlung durch einen k-Vektor beschreibbar, der in einer Beleuchtungsebene liegt. Orthogonal auf der Beleuchtungsebene und parallel zum k-Vektor steht eine Magnetfeldebene und orthogonal auf der Magnetfeldebene und orthogonal zur Beleuchtungsebene steht eine elektrische Feldebene. Die Anregungsstrahlung ist in Richtung der Magnetfeldebene p-polarisiert (TM-polarisiert) (transversal magnetic polarized).
Die Anregungsstrahlung kann unter Beleuchtungswinkeln von 0 bis 90° entlang des k-Vektors auf die Oberflächenstrukturen gerichtet werden. Die Anregungsstrahlung wird rechtwinklig zur Länge der Vertiefungen polarisiert. Dabei ist der k-Vektor der Anregungsstrahlung vorzugsweise rechtwinklig zur Zeilenrichtung ausgerichtet.
Eine günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Länge der Vertiefung als ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge eines durch eine Anregungsstrahlung mit einer bestimmten Wellenlänge bewirkten SPP gewählt wird, sodass, wie bereits oben beschrieben, BSPPs erzeugt werden können.
Durch die Anregungsstrahlung über alle Anregungswellenlängen und über alle Beleuchtungswinkel können an den scharfen Rändern und Ecken der Vertiefungen SPs angeregt werden. Zusätzlich kann eine Nahfeldverstärkung wesentlich verbessert sein, wenn die SP mit den SPP gekoppelt werden und die n-te Ordnung diffraktiven Lichts der Anregungsstrahlung die SPP Momentenabweichung („momentum mismatch“) kompensiert.
Bevor mit der eigentlichen Herstellung des erfindungsgemäßen Substrats begonnen wird, ist es günstig, wenn die Wellenlänge des SPPs vor dem Einbringen der Oberflächenstruktur mittels einer numerischen Simulation einer Anregung mit mindestens einer Anregungsstrahlung und unter Berücksichtigung der optischen Eigenschaften des Substrats ermittelt wird und mindestens die erste Periodizität, die Länge der Vertiefung und die Materialdicke der Beschichtung entsprechend des Ergebnisses der Simulation festgelegt wird. Selbstverständlich können bei der Simulation weitere Parameter ermittelt werden. Die Simulation erfolgt vorzugsweise unter Berücksichtigung der Gesamtheit des erfindungsgemäßen Substrats, der Anregungsstrahlung und sonstiger relevanter Randbedingungen. Dabei ist es möglich, dass bereits aus vorangegangenen Simulationen gewonnene Erfahrungen und Daten für die Simulationen berücksichtigt werden. Außerdem ist es möglich, dass aus einem Vergleich von simulierten optischen Eigenschaften und tatsächlich beobachteter optischer Eigenschaften bereits simulierter und hergestellter Substrate Erfahrungen zum Grad der Übereinstimmung von Simulation und hergestelltem Substrat gesammelt werden und in zukünftige Simulationen eingehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt in äußerst vorteilhafter Weise, dass als Trägerschicht ein Zwischenprodukt verwendet wird, das bei der Herstellung von physischen Datenträgern wie beispielsweise CD (compact disc), DVD (digital video disc), HD-DVD (high-density versatile video disc) oder Blu-ray disc entsteht. Die Technologie zur Herstellung solcher Datenträger ist weit verbreitet.
Es besteht die Möglichkeit, bereits produzierte physische Datenträger wieder zu verwenden (recycling), indem die Schichten der mehrschichtig aufgebauten physischen Datenträger voneinander getrennt werden und auf eine Polycarbonatschicht als Trägerschicht die Beschichtung, beispielsweise Gold, aufgebracht wird. Vor der Beschichtung wurden Oberflächenstrukturen wie Vertiefungen in die Oberfläche einer Seite der Trägerschicht eingebracht.
HD-DVDs und Blu-ray discs weisen als physische Datenträger Wiederholabstände (entspricht beispielsweise der ersten Periodizität) von 400 nm für HD-DVDs und 320 nm für Blu-ray discs auf. Die entsprechenden Breiten der Strukturen betragen 200 nm bzw. 130 nm. Es ist grundsätzlich möglich, an den Strukturen einer (HD-)DVD mit Anregungsstrahlung einer Anregungswellenlänge im infraroten und mittel-infraroten Bereich SPPs anzuregen. Diese angeregten SPPs können in optischen Telekommunikationssystemen eingesetzt werden, die auf der gerichteten Wellenleitung von Oberflächenplasmonen (SP wave guiding) basieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet eine Möglichkeit, um ein preiswertes Substrat herzustellen und dabei sogar bereits vorhandene Technologien zu benutzen. Da beispielsweise die HD-DVD nur wenige Jahre lang produziert wurde, ist deren Herstellungsverfahren bekannt und die erforderlichen technischen Anlagen noch vorhanden oder leicht wieder bereitzustellen, jedoch fehlte weitgehend eine Verwendung für diese bereits überholte Technologie. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auch eine neue technische Anwendung der bestehenden Technologie vorgeschlagen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen und Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen die Abbildungen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Substrats in Seitenansicht einer Schnittdarstellung entlang einer Zeile,
2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Substrats mit einem rechteckigen Array (Ausschnitt),
3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Substrats mit einem hexagonalen Array (Ausschnitt),
4 eine schematische Grauwertdarstellung der Energieverteilung an einer Vertiefung bei einer Anregungswellenlänge von 860 nm, einem Beleuchtungswinkel von 0° und einer Länge von 900 nm,
5 eine schematische Grauwertdarstellung der Energieverteilung an einer Vertiefung bei einer Anregungswellenlänge von 775 nm, einem Beleuchtungswinkel von 0° und einer Länge von 900 nm,
6 eine schematische Grauwertdarstellung der Energieverteilung an einer Vertiefung bei einer Anregungswellenlänge von 715 nm, einem Beleuchtungswinkel von 0° und einer Länge von 900 nm und
7 eine schematische Darstellung eines Arrays mit nur einer Spalte und einer Anzahl von Zeilen.
In der 1 ist schematisch ein Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Substrat 1 gezeigt, bei dem auf einer Oberfläche einer Seite einer Trägerschicht 2 aus Polycarbonat eine Beschichtung 3 aus Gold mit einer Materialdicke d_Mat von 25 nm aufgebracht ist. Der gezeigte Schnitt verläuft in Richtung einer Zeile 5 (siehe 2) entlang einer Mittellinie 7 (siehe ebenfalls 2) von entlang der Zeile 5 vorhandenen Vertiefungen 4. Die Vertiefungen 4 weisen eine Länge L und eine Tiefe T auf und stellen Oberflächenstrukturen der Oberfläche der Trägerschicht 2 dar. Die Materialdicke d_Mat der Beschichtung 3 ist konstant und bedeckt die Oberfläche und die Oberflächenstrukturen vollständig, wobei die Tiefe T größer als die Materialdicke d_Mat ist. Die Vertiefungen 4 sind durch einen trennenden Abschnitt der Oberfläche in Zeilenrichtung (erster trennender Abschnitt in Zeilenrichtung 9.1) mit einer ersten Abschnittslänge a voneinander getrennt. Durch die Länge L einer Vertiefung 4 und der ersten Abschnittslänge a ist die Breite einer Spalte 6 (siehe auch 2) gegeben.
Alle Elemente der 1 bis 7 sind nicht maßstäblich und nur schematisch gezeigt. Eine zweidimensionale Anordnung von gleichen Vertiefungen 4 in Form eines Arrays mit zueinander parallel verlaufenden Zeilen 5 und mit zueinander parallel verlaufenden Spalten 6 ist in 2 gezeigt. Die Zeilen 5 und Spalten 6 verlaufen rechtwinklig zueinander. In jeder Zeile 5 sind die Vertiefungen 4 entlang einer gemeinsamen Mittellinie 7 (nur zwei gezeigt) ausgerichtet, sodass ihre Längsrichtungen in Richtung der Zeile 5 weisen. Jede Vertiefung 4 besitzt in der Draufsicht zwei parallel zueinander verlaufende Seitenlinien 8, die mit einer Breite B voneinander beabstandet sind. In Richtung der Zeilen 5 sind die einzelnen Vertiefungen 4 durch den ersten trennenden Abschnitt in Zeilenrichtung 9.1 (nur zwei bezeichnet) mit der ersten Abschnittslänge a voneinander getrennt. Die Zeilen 5 besitzen eine Zeilenbreite, die durch die Summe der Breite B und jeweils einer zweiten Abschnittslänge b je eines zweiten trennenden Abschnitts in Spaltenrichtung 9.2 gegeben ist. Die Zeilen 5 sind jeweils durch virtuelle Strichlinien begrenzt gezeigt, die jeweils entlang einer, hier der jeweils im Bild unten liegenden Seitenlinie 8 verlaufen. Durch die regelmäßige Wiederholung der Folge: Länge L der Vertiefung 4 – erster trennender Abschnitt in Zeilenrichtung 9.1 ist eine Spaltenbreite und in Zeilenrichtung eine erste Periodizität P_H gegeben. In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist die erste Periodizität P_H durch die Spalten 6 illustriert.
Durch die regelmäßige Wiederholung der Folge: Breite B der Vertiefung 4 – zweiter trennender Abschnitt in Spaltenrichtung 9.2 ist eine Zeilenbreite und orthogonal zur Zeilenrichtung eine zweite Periodizität P_V gegeben.
In einem Array gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des Substrats 1 (3) beträgt der Winkel α 45°. Die Spalten 6 verlaufen daher schräg durch das Array. Das Array hat eine hexagonale Form. Die erste Periodizität P_H ist in allen Zeilen 5 gleich, jedoch sind die Vertiefungen 4 in den einzelnen Zeilen 5 entsprechend des schrägen Verlaufs der Spalten 6 zueinander versetzt. Die zweite Periodizität P_V wird auch in diesem Ausführungsbeispiel orthogonal zur Zeilenrichtung bestimmt.
Mittels einer numerischen Simulation können die optischen Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Substrats 1 bereits vor dessen Herstellung ermittelt werden.
In 4 ist eine Vertiefung 4 mit einer Länge L von 900 nm gezeigt. Die Vertiefung 4 wird mit einer Anregungsstrahlung einer Anregungswellenlänge von 860 nm unter einem Beleuchtungswinkel von 0° beleuchtet und SP an den scharfen Rändern der Seitenlinien 8 angeregt. Die Feldüberhöhung IE_maxI / IE₀I beträgt 11.29. Helle Bereiche sind energiereicher als dunkle Bereiche.
In 5 ist eine weitere Vertiefung 4 mit einer Länge L von 900 nm gezeigt. Die Vertiefung 4 wird mit einer Anregungsstrahlung einer Anregungswellenlänge von 775 nm unter einem Beleuchtungswinkel von 0° beleuchtet und SP an den scharfen Rändern der Seitenlinien 8 angeregt. Die Feldüberhöhung IE_maxI / IE₀I beträgt 17,88. Die angeregten SP sind mit den SPP gekoppelt (bezeichnete Bereiche lediglich für Illustration bezeichnet).
In 6 ist eine weitere Vertiefung 4 mit einer Länge L von 900 nm gezeigt. Die Vertiefung 4 wird mit einer Anregungsstrahlung einer Anregungswellenlänge von 715 nm unter einem Beleuchtungswinkel von 0° beleuchtet und SP an den scharfen Rändern der Seitenlinien 8 angeregt. Die Feldüberhöhung IE_maxI / IE₀I beträgt 23,96. In diesem Beispiel beträt die Länge L ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge der angeregten SPs. Die Vertiefung 4 fungiert als Fabry-Perot-Resonator und es bilden sich in der Vertiefung 4 stehende Bloch-Oberflächenpolaritone (BSPP) aus. Zu erkennen sind die beiden Knoten inmitten der Vertiefung 4, an denen die Energie minimal ist.
Eine besondere Form des Arrays ist in 7 zu sehen. Das Array besteht aus einer Spalte 6 und einer Vielzahl von Zeilen 5. An einem Ende der Spalte 6 kann eine Detektionseinheit 10 in Form eines Sensors vorhanden sein.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2: Trägerschicht
3: Beschichtung
4: Vertiefung
5: Zeile
6: Spalte
7: Mittellinie
8: Seitenlinie
9.1: erster trennender Abschnitt in Zeilenrichtung
9.2: zweiter trennender Abschnitt in Spaltenrichtung
10: Detektionseinheit
P_H: erste Periodizität
P_V: zweite Periodizität
L: Länge (der Vertiefung 4)
B: Breite (der Vertiefung 4)
T: Tiefe (der Vertiefung 4)
a: erste Abschnittslänge
b: zweite Abschnittslänge
α: Winkel
d_Mat: Materialdicke
SP: Oberflächenplasmon
SPP: Oberflächenpolariton
BSPP: Bloch-Oberflächenpolariton

Claims

Substrat (1) für die Erzeugung von Oberflächenplasmonen (SP) und Oberflächenpolaritonen (SPP) mittels einer Anregungsstrahlung einer bestimmten Wellenlänge bestehend aus einer für die Anregungsstrahlung transparenten Trägerschicht (2) mit einer Oberflächenstrukturierung auf einer Oberfläche der Trägerschicht (2) und einer für die Anregungsstrahlung reflektiven und zur Erzeugung von SPP durch die Anregungsstrahlung geeigneten Beschichtung (3) der Oberfläche mit der Oberflächenstrukturierung aus Gold oder Silber, dadurch gekennzeichnet, dass – die Oberflächenstrukturierung aus einer Anzahl gleich großer, voneinander getrennter Vertiefungen (4) mit je einer Länge (L) in einer Längsrichtung, einer Breite (B) in einer zur Längsrichtung orthogonal weisenden Querrichtung und einer Tiefe (T) besteht, – die Vertiefungen (4) in einer regelmäßigen zweidimensionalen Anordnung (Array) in Zeilen (5) und Spalten (6) angeordnet sind, wobei die Längsrichtungen parallel zueinander und in Richtung der Zeilen (5) weisen und die Spalten (6) unter einem Winkel α zu den Zeilen (5) verlaufen, – das Array in der Richtung der Zeilen (5) eine erste Periodizität (P_H) der Oberflächenstrukturierung und orthogonal zur Richtung der Zeilen (5) eine zweite Periodizität (P_V) der Oberflächenstrukturierung aufweist, – die Länge (L) der Vertiefungen (4) einen Wert aus einem Bereich von 100 bis 2500 nm aufweist und – die Länge (L) der Vertiefung (4) ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge eines durch eine Anregungsstrahlung einer bestimmten Wellenlänge hervorgerufenen Oberflächenpolaritons (SPP) ist.
Substrat (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (2) aus Polycarbonat besteht.
Substrat (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Array entweder eine rechteckige oder eine hexagonale Form aufweist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat (1) eine Anzahl von Arrays vorhanden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Substrats (1) für die Erzeugung von Oberflächenplasmonen (SP) und Oberflächenpolaritonen (SPP) mittels einer Anregungsstrahlung einer bestimmten Wellenlänge, bestehend aus einer für die Anregungsstrahlung transparenten Trägerschicht (2) mit einer Oberflächenstrukturierung auf einer Oberfläche der Trägerschicht (2) und einer für die Anregungsstrahlung reflektiven und zur Erzeugung von SPP durch die Anregungsstrahlung geeigneten Beschichtung (3) der Oberfläche mit der Oberflächenstrukturierung aus Gold oder Silber, bei dem die Oberflächenstrukturierung aus einer Anzahl gleich großer, voneinander getrennter Vertiefungen (4) mit je einer Länge (L) in einer Längsrichtung, einer Breite (B) in einer zur Längsrichtung orthogonal weisenden Querrichtung und einer Tiefe (T) besteht, die Vertiefungen (4) in einer regelmäßigen zweidimensionalen Anordnung (Array) in Zeilen (5) und Spalten (6) angeordnet sind, wobei die Längsrichtungen parallel zueinander und in Richtung der Zeilen (5) weisen und die Spalten (6) unter einem Winkel α zu den Zeilen (5) verlaufen, das Array in der Richtung der Zeilen (5) eine erste Periodizität (P_H) der Oberflächenstrukturierung und orthogonal zur Richtung der Zeilen (5) eine zweite Periodizität (P_V) der Oberflächenstrukturierung aufweist und die Länge (L) der Vertiefungen (4) einen Wert aus einem Bereich von 100 bis 2500 nm aufweist, – wobei die Trägerschicht (2) bereitgestellt wird, in die Oberfläche einer Seite der Trägerschicht (2) die Oberflächenstruktur eingebracht wird und die Oberfläche mit der Oberflächenstruktur mit einer Beschichtung (3) versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die erste Periodizität (P_H) für Anwendungen des Substrats (1) mit einer Anregungsstrahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich von 400 bis 700 nm und im nahen Infrarotbereich mit Anregungswellenlängen von > 700 bis 1064 nm zwischen 100 und 600 nm gewählt wird oder – die erste Periodizität (P_H) für Anwendungen des Substrats (1) mit Anregungsstrahlungen mit Wellenlängen ausgewählt aus einem Bereich von 1300 bis 1550 nm für Telekommunikationszwecke zwischen 600 und 800 nm gewählt wird und – die zweite Periodizität (P_V) anhand einer Berechnungsvorschrift unter Einbeziehung der Länge (L) und Breite (B) einer der Vertiefungen (4) sowie der ersten Periodizität (P_H) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Berechnungsvorschrift die Gleichung: zweite Periodizität (P_V) = Länge (L) + erste Periodizität (P_H) – Breite (B) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) der Vertiefung (4) als ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge eines durch eine Anregungsstrahlung mit einer bestimmten Anregungswellenlänge bewirkten SPP gewählt wird, sodass in der Vertiefung (4) stehende Bloch-Wellen (BSPP) bewirkt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge des SPPs vor dem Einbringen der Oberflächenstruktur mittels einer numerischen Simulation einer Anregung mit mindestens einer Anregungsstrahlung und unter Berücksichtigung der optischen Eigenschaften des Substrats (1) ermittelt wird und mindestens die erste Periodizität (P_H), die Länge (L) der Vertiefung (4) und eine Materialdicke (d_Mat) der Beschichtung (3) entsprechend des Ergebnisses der Simulation festgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägerschicht (2) ein Zwischenprodukt bei der Herstellung von physischen Datenträgern verwendet wird.
Verwendung eines Substrates (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für die Ramanspektroskopie.
Verwendung eines Substrates (1) für die Erzeugung von Oberflächenplasmonen (SP) und Oberflächenpolaritonen (SPP) mittels einer Anregungsstrahlung einer bestimmten Wellenlänge, bestehend aus einer für die Anregungsstrahlung transparenten Trägerschicht (2) mit einer Oberflächenstrukturierung auf einer Oberfläche der Trägerschicht (2) und einer für die Anregungsstrahlung reflektiven und zur Erzeugung von SPP durch die Anregungsstrahlung geeigneten Beschichtung (3) der Oberfläche mit der Oberflächenstrukturierung aus Gold oder Silber, wobei – die Oberflächenstrukturierung aus einer Anzahl gleich großer, voneinander getrennter Vertiefungen (4) mit je einer Länge (L) in einer Längsrichtung, einer Breite (B) in einer zur Längsrichtung orthogonal weisenden Querrichtung und einer Tiefe (T) besteht, – die Vertiefungen (4) in einer regelmäßigen zweidimensionalen Anordnung (Array) in Zeilen (5) und Spalten (6) angeordnet sind, wobei die Längsrichtungen parallel zueinander und in Richtung der Zeilen (5) weisen und die Spalten (6) unter einem Winkel α zu den Zeilen (5) verlaufen, – das Array in der Richtung der Zeilen (5) eine erste Periodizität (P_H) der Oberflächenstrukturierung und orthogonal zur Richtung der Zeilen (5) eine zweite Periodizität (P_V) der Oberflächenstrukturierung aufweist und – die Länge (L) der Vertiefungen (4) einen Wert aus einem Bereich von 100 bis 2500 nm aufweist, zur laserbasierten Manipulation in Tumorzellen und / oder Stammzellen.
Verwendung eines Substrates (1) für die Erzeugung von Oberflächenplasmonen (SP) und Oberflächenpolaritonen (SPP) mittels einer Anregungsstrahlung einer bestimmten Wellenlänge, bestehend aus einer für die Anregungsstrahlung transparenten Trägerschicht (2) mit einer Oberflächenstrukturierung auf einer Oberfläche der Trägerschicht (2) und einer für die Anregungsstrahlung reflektiven und zur Erzeugung von SPP durch die Anregungsstrahlung geeigneten Beschichtung (3) der Oberfläche mit der Oberflächenstrukturierung aus Gold oder Silber, wobei – die Oberflächenstrukturierung aus einer Anzahl gleich großer, voneinander getrennter Vertiefungen (4) mit je einer Länge (L) in einer Längsrichtung, einer Breite (B) in einer zur Längsrichtung orthogonal weisenden Querrichtung und einer Tiefe (T) besteht, – die Vertiefungen (4) in einer regelmäßigen zweidimensionalen Anordnung (Array) in Zeilen (5) und Spalten (6) angeordnet sind, wobei die Längsrichtungen parallel zueinander und in Richtung der Zeilen (5) weisen und die Spalten (6) unter einem Winkel α zu den Zeilen (5) verlaufen, – das Array in der Richtung der Zeilen (5) eine erste Periodizität (P_H) der Oberflächenstrukturierung und orthogonal zur Richtung der Zeilen (5) eine zweite Periodizität (P_V) der Oberflächenstrukturierung aufweist und – die Länge (L) der Vertiefungen (4) einen Wert aus einem Bereich von 100 bis 2500 nm aufweist, für plasmonische Wellenleitung von optischen Telekommunikationssignalen.
Verwendung eines Substrates (1) für die Erzeugung von Oberflächenplasmonen (SP) und Oberflächenpolaritonen (SPP) mittels einer Anregungsstrahlung einer bestimmten Wellenlänge, bestehend aus einer für die Anregungsstrahlung transparenten Trägerschicht (2) mit einer Oberflächenstrukturierung auf einer Oberfläche der Trägerschicht (2) und einer für die Anregungsstrahlung reflektiven und zur Erzeugung von SPP durch die Anregungsstrahlung geeigneten Beschichtung (3) der Oberfläche mit der Oberflächenstrukturierung aus Gold oder Silber, wobei – die Oberflächenstrukturierung aus einer Anzahl gleich großer, voneinander getrennter Vertiefungen (4) mit je einer Länge (L) in einer Längsrichtung, einer Breite (B) in einer zur Längsrichtung orthogonal weisenden Querrichtung und einer Tiefe (T) besteht, – die Vertiefungen (4) in einer regelmäßigen zweidimensionalen Anordnung (Array) in Zeilen (5) und Spalten (6) angeordnet sind, wobei die Längsrichtungen parallel zueinander und in Richtung der Zeilen (5) weisen und die Spalten (6) unter einem Winkel α zu den Zeilen (5) verlaufen, – das Array in der Richtung der Zeilen (5) eine erste Periodizität (P_H) der Oberflächenstrukturierung und orthogonal zur Richtung der Zeilen (5) eine zweite Periodizität (P_V) der Oberflächenstrukturierung aufweist und – die Länge (L) der Vertiefungen (4) einen Wert aus einem Bereich von 100 bis 2500 nm aufweist, für eine gesteuerte Manipulation von Zellen.
Verwendung eines Substrates (1) für die Erzeugung von Oberflächenplasmonen (SP) und Oberflächenpolaritonen (SPP) mittels einer Anregungsstrahlung einer bestimmten Wellenlänge, bestehend aus einer für die Anregungsstrahlung transparenten Trägerschicht (2) mit einer Oberflächenstrukturierung auf einer Oberfläche der Trägerschicht (2) und einer für die Anregungsstrahlung reflektiven und zur Erzeugung von SPP durch die Anregungsstrahlung geeigneten Beschichtung (3) der Oberfläche mit der Oberflächenstrukturierung aus Gold oder Silber, wobei – die Oberflächenstrukturierung aus einer Anzahl gleich großer, voneinander getrennter Vertiefungen (4) mit je einer Länge (L) in einer Längsrichtung, einer Breite (B) in einer zur Längsrichtung orthogonal weisenden Querrichtung und einer Tiefe (T) besteht, – die Vertiefungen (4) in einer regelmäßigen zweidimensionalen Anordnung (Array) in Zeilen (5) und Spalten (6) angeordnet sind, wobei die Längsrichtungen parallel zueinander und in Richtung der Zeilen (5) weisen und die Spalten (6) unter einem Winkel α zu den Zeilen (5) verlaufen, – das Array in der Richtung der Zeilen (5) eine erste Periodizität (P_H) der Oberflächenstrukturierung und orthogonal zur Richtung der Zeilen (5) eine zweite Periodizität (P_V) der Oberflächenstrukturierung aufweist und – die Länge (L) der Vertiefungen (4) einen Wert aus einem Bereich von 100 bis 2500 nm aufweist, – zur Erzeugung optischer Greifer.