DE102014203488B4 - Device with switchable optical properties, method for producing a device and use of a device - Google Patents

Device with switchable optical properties, method for producing a device and use of a device Download PDF

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Abstract

Vorrichtung (1) mit schaltbaren optischen Eigenschaften, wobei die Vorrichtung (1) eine nanostrukturierte Oberfläche (3) mit wenigstens einer Nanostruktur (5) aufweist, wobei die Nanostruktur (5) eine charakteristische Abmessung von mindestens 100 nm aufweist, und wobei die Nanostruktur (5) ein Material (15) aufweist, das in einem ersten Hydridisierungszustand eine plasmonische Resonanz in einem von der charakteristischen Abmessung abhängigen Wellenlängenbereich zeigt, wobei die plasmonische Resonanz in einem zweiten Hydridisierungszustand des Materials (15) zumindest gedämpft ist, wobei das Material (15) reversibel von dem ersten in den zweiten Hydridisierungszustand schaltbar ist.Device (1) with switchable optical properties, the device (1) having a nanostructured surface (3) with at least one nanostructure (5), the nanostructure (5) having a characteristic dimension of at least 100 nm, and the nanostructure ( 5) has a material (15) which, in a first hydration state, exhibits a plasmonic resonance in a wavelength range dependent on the characteristic dimension, the plasmonic resonance being at least attenuated in a second hydride state of the material (15), the material (15) is reversibly switchable from the first to the second hydration state.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit schaltbaren optischen Eigenschaften gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit schaltbaren optischen Eigenschaften gemäß Anspruch 12, sowie die Verwendung einer Vorrichtung mit schaltbaren optischen Eigenschaften gemäß Anspruch 16.The invention relates to a device with switchable optical properties according to claim 1, a method for producing a device with switchable optical properties according to claim 12, and the use of a device with switchable optical properties according to claim 16.

Vorrichtungen mit schaltbaren optischen Eigenschaften sind bekannt. Beispielsweise gibt es drehbare Interferenzfilter, bei denen ein reflektierter oder transmittierter Wellenlängenbereich durch Drehen des Filters bezüglich seiner Position im elektromagnetischen Spektrum verschoben werden kann. Es sind auch mit Gold-Nanoantennen versehene Dehnfolien bekannt, die eine Absorption in einem bestimmten Wellenlängenbereich aufweisen, der durch Dehnen der Folie verschoben werden kann. Nachteilig an diesen Ansätzen ist einerseits die Schwierigkeit, einen bestimmten, optisch schaltbaren Wellenlängenbereich mit bestimmter Bandbreite auszuwählen und eine Vorrichtung entsprechend herzustellen, und andererseits die Tatsache, dass der zu schaltende Wellenlängenbereich nur innerhalb des elektromagnetischen Spektrums verschoben wird. Hierdurch besteht stets die Gefahr, dass eine Flanke einer verschobenen Absorptions- oder Reflexionsbande noch in den betrachteten Bereich hineinragt, sodass prinzipiell kein besonders guter Schaltkontrast erreichbar ist. Hinzu kommt, dass die optischen Eigenschaften bei den hier beispielhaft genannten Vorrichtungen mechanisch geschaltet werden, beispielsweise durch Drehen oder Dehnen. Dies bedingt einen Verschleiß und somit eine Verkürzung der Lebensdauer der Vorrichtungen.Devices with switchable optical properties are known. For example, there are rotatable interference filters in which a reflected or transmitted wavelength range can be shifted with respect to its position in the electromagnetic spectrum by rotating the filter. Expanding foils provided with gold nano-antennas are also known which have an absorption in a specific wavelength range which can be shifted by stretching the foil. The disadvantage of these approaches is on the one hand the difficulty of selecting a certain, optically switchable wavelength range with a certain bandwidth and producing a device accordingly, and on the other hand the fact that the wavelength range to be switched is only shifted within the electromagnetic spectrum. As a result, there is always the risk that a flank of a shifted absorption or reflection band will still protrude into the area under consideration, so that, in principle, a particularly good switching contrast cannot be achieved. In addition, the optical properties of the devices mentioned here by way of example are switched mechanically, for example by turning or stretching. This causes wear and thus a reduction in the service life of the devices.

Es sind auch Phasenwechselmaterialien bekannt, die entweder selbst als plasmonische Nanoantennen fungieren oder in Kombination mit Nanoantennen aus anderen Materialien, beispielsweise aus Gold, eingesetzt werden. Solche Phasenwechselmaterialien sind beispielsweise Vanadiumdioxid (VO2), Germaniumantimontellurid (GST, Ge2Sb2Te5), und Galliumlanthansulfid (GLS). Solche Phasenwechselmaterialien sind typischerweise elektrisch, durch Laserpulse, oder insbesondere thermisch schaltbar. Da der Phasenwechsel allerdings bei einer bestimmten kritischen Temperatur erfolgt, können solche Materialien nur unter bestimmten, hierzu passenden Umgebungsbedingungen eingesetzt werden. Weiterhin besitzen die Phasenwechselmaterialien selbst nur eine geringe Güte, insbesondere eine schlechte elektrische Leitfähigkeit und damit eine hohe Dämpfung, sodass sie für sich genommen sehr schlechte optische Eigenschaften aufweisen. Sie werden daher selten alleine eingesetzt, sondern vielmehr in hybriden plasmonischen Systemen, beispielsweise kombiniert mit Nanoantennen aus Gold oder anderen Metallen mit geringer plasmonischer Dämpfung. Wird dann ein Phasenwechsel in dem Phasenwechselmaterial durchgeführt, ändert sich die dielektrische Umgebung der eigentlichen Nanoantenne, sodass deren plasmonische Antwort verändert wird. Hieraus resultiert jedoch ein äußerst geringer Schaltkontrast, weil eben nicht die Eigenschaften der Antenne selbst verändert werden, sondern nur deren dielektrische Umgebung.Phase change materials are also known which either function as plasmonic nano-antennas themselves or are used in combination with nano-antennas made of other materials, for example gold. Such phase change materials are, for example, vanadium dioxide (VO 2 ), germanium antimony telluride (GST, Ge 2 Sb 2 Te 5 ), and gallium lanthanum sulfide (GLS). Such phase change materials are typically switchable electrically, by laser pulses or, in particular, thermally. However, since the phase change takes place at a certain critical temperature, such materials can only be used under certain, appropriate environmental conditions. Furthermore, the phase change materials themselves have only a low quality, in particular poor electrical conductivity and thus high attenuation, so that they have very poor optical properties. They are therefore seldom used alone, but rather in hybrid plasmonic systems, for example combined with nano antennas made of gold or other metals with low plasmonic attenuation. If a phase change is then carried out in the phase change material, the dielectric environment of the actual nano-antenna changes, so that its plasmonic response is changed. However, this results in an extremely low switching contrast, because it is not the properties of the antenna itself that are changed, but only its dielectric environment.

Aus US 8 077 276 B2 geht ein Displaysystem hervor, das eine Dimmvorrichtung aufweist, die in der Lage ist, zwischen einem Lichtreflektierendem Zustand und einem Licht-transmittierendem Zustand geschaltet zu werden. Die Dimmvorrichtung weist eine Schichtstruktur mit einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht auf, wobei die erste Schicht ein erstes Material umfasst, dessen optische Eigenschaften sich in Abhängigkeit von einer Wasserstoffkonzentration ändern. Die zweite Schicht umfasst ein zweites Material, welches Wasserstoff auf externe Stimulation freisetzen oder absorbieren kann. Das erste Material kann Yttrium, Lanthan, oder eine Mg2Ni-Legierung sein. Insbesondere besteht die erste Schicht aus einer Matrix, in welche Mikropartikel des ersten Materials eingebettet sind. Die Oberfläche einer solchen Schicht ist planar und weist keine Struktur auf. Die Dimmvorrichtung weist keine spezifische Abstimmung auf einen bestimmten Wellenlängenbereich auf. Sie hat somit nur eine unspezifische, wellenlängenunabhängige Dimmeigenschaft.Out US 8 077 276 B2 discloses a display system that includes a dimming device that is capable of being switched between a light-reflecting state and a light-transmitting state. The dimming device has a layer structure with a first layer and a second layer, the first layer comprising a first material whose optical properties change as a function of a hydrogen concentration. The second layer comprises a second material that can release or absorb hydrogen upon external stimulation. The first material can be yttrium, lanthanum, or an Mg 2 Ni alloy. In particular, the first layer consists of a matrix in which microparticles of the first material are embedded. The surface of such a layer is planar and has no structure. The dimming device does not have any specific tuning to a specific wavelength range. It therefore only has a non-specific, wavelength-independent dimming property.

Aus Strohfeldt, N. [et al.]: Long-term stability of capped and buffered palladium-nickel thin films and nanostructures for plasmonic hydrogen sensing applications. In: OPTICAL MATERIALS EXPRESS, Vol. 3, No. 2, 2013, S. 194 - 204 , geht eine Nanostruktur aus Palladium-Nanoscheiben hervor, die die Funktion eines Wasserstoffsensors hat.Out Strohfeldt, N. [et al.]: Long-term stability of capped and buffered palladium-nickel thin films and nanostructures for plasmonic hydrogen sensing applications. In: OPTICAL MATERIALS EXPRESS, Vol. 3, No. 2, 2013, pp. 194-204 , a nanostructure emerges from palladium nanodiscs, which has the function of a hydrogen sensor.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die genannten Nachteile nicht aufweist. Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung sowie Verwendungen derselben anzugeben.The invention is therefore based on the object of creating a device which does not have the disadvantages mentioned. Accordingly, it is the object of the invention to provide a method for producing such a device and uses thereof.

Die Aufgabe wird gelöst, indem eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Diese weist eine nanostrukturierte Oberfläche mit wenigstens einer Nanostruktur auf, wobei die Nanostruktur eine charakteristische Abmessung von mindestens 100 nm, vorzugsweise von mindestens 200 nm, aufweist. Die Nanostruktur weist ein Material auf, das in einem ersten Hydridisierungszustand eine plasmonische Resonanz in einem von der charakteristischen Abmessung abhängigen Wellenlängenbereich zeigt, wobei die plasmonische Resonanz in einem zweiten Hydridisierungszustand des Materials zumindest gedämpft ist. Vorzugsweise verschwindet die plasmonische Resonanz in dem zweiten Hydridisierungszustand des Materials vollständig. Das Material ist dabei reversibel von dem ersten in den zweiten Hydridisierungszustand schaltbar. Dadurch, dass die plasmonische Resonanz in dem zweiten Hydridisierungszustand des Materials zumindest gedämpft ist, wobei sie vorzugsweise verschwindet, ändern sich die optischen Eigenschaften der Vorrichtung, wie beispielsweise deren Transmission, Reflektion und/oder Absorption in dem spektralen Bereich der plasmonischen Resonanz, wenn die Nanostruktur von dem ersten Hydridisierungszustand in den zweiten Hydridisierungszustand oder zurück überführt wird. Vorzugsweise weist die nanostrukturierte Oberfläche eine Vielzahl von Nanostrukturen auf. Dadurch, dass der Wellenlängenbereich der plasmonischen Resonanz von der charakteristischen Abmessung der Nanostruktur abhängt, ist es ohne Weiteres möglich, insbesondere passend zu einer angestrebten Verwendung der Vorrichtung einen geeigneten Wellenlängenbereich auszuwählen und die Nanostruktur in Hinblick auf ihre charakteristische Abmessung hierauf abzustimmen. Die Vorrichtung ist dabei auf eine Vielzahl möglicher Verwendungen und auf eine Vielzahl gewünschter Wellenlängenbereiche abstimmbar. Sie ist außerdem unabhängig von äußeren Umgebungsbedingungen und insbesondere in verschiedenen Temperaturbereichen einsetzbar. Dadurch, dass die plasmonische Resonanz von dem Hydridisierungszustand des Materials der Nanostruktur abhängt, wobei sie bevorzugt in dem zweiten Hydridisierungszustand vollständig verschwindet, ist ein hoher Schaltkontrast für die Vorrichtung erzielbar. Die Reversibilität der Umwandlung des Materials von dem ersten in den zweiten Hydridisierungszustand und zurück stellt sicher, dass die Vorrichtung ohne Einschränkung über eine lange Lebenszeit mit gleichbleibenden Eigenschaften verschleiß- und alterungsfrei verwendbar ist.The object is achieved in that a device with the features of claim 1 is created. This has a nanostructured surface with at least one nanostructure, the nanostructure having a characteristic dimension of at least 100 nm, preferably of at least 200 nm. The nanostructure has a material which, in a first hydration state, exhibits a plasmonic resonance in a wavelength range dependent on the characteristic dimension, the plasmonic resonance being at least attenuated in a second hydride state of the material. Preferably the plasmonic resonance disappears completely in the second hydration state of the material. The material can be reversibly switched from the first to the second hydration state. Because the plasmonic resonance is at least attenuated in the second hydration state of the material, whereby it preferably disappears, the optical properties of the device change, such as its transmission, reflection and / or absorption in the spectral range of the plasmonic resonance when the nanostructure is converted from the first hydration state to the second hydration state or back. The nanostructured surface preferably has a multiplicity of nanostructures. Because the wavelength range of the plasmonic resonance depends on the characteristic dimensions of the nanostructure, it is easily possible to select a suitable wavelength range, in particular to match the intended use of the device, and to match the nanostructure with regard to its characteristic dimensions. The device can be adapted to a large number of possible uses and to a large number of desired wavelength ranges. It can also be used independently of external environmental conditions and in particular in different temperature ranges. Because the plasmonic resonance depends on the hydration state of the material of the nanostructure, whereby it preferably disappears completely in the second hydration state, a high switching contrast can be achieved for the device. The reversibility of the conversion of the material from the first to the second hydration state and back ensures that the device can be used without restriction over a long service life with consistent properties without wear and without aging.

Der erste Hydridisierungszustand unterscheidet sich von dem zweiten Hydridisierungszustand dadurch, dass das Material in dem ersten Hydridisierungszustand einen geringeren Wasserstoffgehalt aufweist als in dem zweiten Hydridisierungszustand. Dabei ist es möglich, dass das Material in dem ersten Hydridisierungszustand keinen Wasserstoff aufweist, wobei es beispielsweise elementar vorliegen kann, wobei es in dem zweiten Hydridisierungszustand Wasserstoff aufweist, insbesondere als Wasserstoffverbindung vorliegt. Alternativ ist es bevorzugt möglich, dass das Material in dem ersten Hydridisierungszustand als Wasserstoffverbindung mit einem geringeren stöchiometrischen Wasserstoffgehalt vorliegt, wobei es in dem zweiten Hydridisierungszustand als Wasserstoffverbindung mit einem höheren stöchiometrischen Wasserstoffgehalt vorliegt.The first state of hydration differs from the second state of hydration in that the material in the first state of hydration has a lower hydrogen content than in the second state of hydration. It is possible here for the material to have no hydrogen in the first hydration state, it being possible, for example, to be in elemental form, in which case it has hydrogen in the second hydration state, in particular as a hydrogen compound. Alternatively, it is preferably possible that the material is present in the first hydration state as a hydrogen compound with a lower stoichiometric hydrogen content, it being present in the second hydration state as a hydrogen compound with a higher stoichiometric hydrogen content.

Bevorzugt liegt ein Maximum der schaltbaren plasmonischen Resonanzbande in einem Bereich, der vom Nahinfrarot (Wellenlänge mindestens 800 nm) bis in den Terahertzbereich (Wellenlänge <1mm) reicht. Die charakteristische Abmessung der Nanostruktur ist dabei stets kleiner als der zu schaltende Wellenlängenbereich. Insbesondere beträgt die charakteristische Abmessung bevorzugt höchstens 20 µm, besonders bevorzugt höchstens 15 µm.A maximum of the switchable plasmonic resonance band is preferably in a range that extends from the near infrared (wavelength at least 800 nm) to the terahertz range (wavelength <1 mm). The characteristic dimension of the nanostructure is always smaller than the wavelength range to be switched. In particular, the characteristic dimension is preferably at most 20 μm, particularly preferably at most 15 μm.

Der Begriff „nanostrukturiert“ spricht dabei eine Struktur der Oberfläche an, deren charakteristische Abmessung in einem Größenbereich liegt, bei dem jedenfalls in dem ersten Hydridisierungszustand eine plasmonische Resonanz auftritt. Demnach ist die charakteristische Abmessung der Nanostruktur insbesondere höchstens so groß, dass noch eine plasmonische Resonanz beobachtbar ist.The term “nanostructured” refers to a structure of the surface, the characteristic dimension of which is in a size range in which a plasmonic resonance occurs in the first hydration state. Accordingly, the characteristic dimension of the nanostructure is in particular at most so large that a plasmonic resonance can still be observed.

Unter dem Begriff „charakteristische Abmessung“ ist eine Abmessung der Nanostruktur zu verstehen, von welcher die spektrale Lage der plasmonischen Resonanz abhängt. Beispielsweise handelt es sich bei der charakteristischen Abmessung um eine Länge der Nanostruktur entlang einer Richtung, in der im Rahmen der plasmonischen Resonanz eine Dipolschwingung angeregt wird, wobei die Resonanzfrequenz von der Länge abhängt. Weist eine Nanostruktur verschiedene Abmessungen in verschiedenen Richtungen auf, ist typischerweise eine Abmessung in einer der Richtungen für die spektrale Lage der plasmonischen Resonanz bestimmend. Wird beispielsweise eine stabförmige Nanostruktur betrachtet, ist typischerweise die Länge der stabförmigen Nanostruktur für die spektrale Lage der plasmonischen Resonanz bestimmend, während eine Breite und Höhe höchstens eine untergeordnete Rolle hierfür spielen. Daher ist in diesem Beispiel die Länge der stabförmigen Nanostruktur als charakteristische Abmessung anzusehen.The term “characteristic dimension” is to be understood as a dimension of the nanostructure on which the spectral position of the plasmonic resonance depends. For example, the characteristic dimension is a length of the nanostructure along a direction in which a dipole oscillation is excited within the scope of the plasmonic resonance, the resonance frequency depending on the length. If a nanostructure has different dimensions in different directions, a dimension in one of the directions is typically decisive for the spectral position of the plasmonic resonance. If, for example, a rod-shaped nanostructure is considered, the length of the rod-shaped nanostructure is typically decisive for the spectral position of the plasmonic resonance, while a width and height play at most a subordinate role for this. Therefore, in this example, the length of the rod-shaped nanostructure is to be regarded as a characteristic dimension.

Es zeigt sich, dass insbesondere ab einer charakteristischen Abmessung von mindestens 100 nm eine Abhängigkeit der spektralen Lage der plasmonischen Resonanz von der charakteristischen Abmessung gegeben ist, sodass die Vorrichtung auf gewünschte spektrale Eigenschaften durch geeignete Wahl der charakteristischen Abmessung abgestimmt werden kann. Demgegenüber existiert ein Grenzwert für die charakteristische Abmessung, unterhalb dessen keine Abhängigkeit der spektralen Lage einer dann typischerweise als Mie-Resonanz gedeuteten plasmonischen Resonanz von dem Wert der charakteristischen Abmessung abhängt. Unterhalb dieses Grenzwerts ist es daher nicht mehr möglich, die Nanostruktur durch Variation einer Abmessung spektral auf eine gewünschte Anwendung abzustimmen. Die Wahl einer charakteristischen Abmessung von mindestens 100 nm stellt jedenfalls sicher, dass die Vorrichtung in der beschriebenen Weise spektral abstimmbar ist.It turns out that, in particular from a characteristic dimension of at least 100 nm, the spectral position of the plasmonic resonance is dependent on the characteristic dimension, so that the device can be matched to desired spectral properties by suitable selection of the characteristic dimension. In contrast, there is a limit value for the characteristic dimension, below which there is no dependence of the spectral position of a plasmonic resonance, then typically interpreted as a Mie resonance, on the value of the characteristic dimension. Below this limit it is therefore no longer possible to spectrally match the nanostructure to a desired application by varying a dimension. The choice of a characteristic dimension of at least 100 nm ensures that the device can be spectrally tuned in the manner described.

Unter einer „plasmonischen Resonanz“ wird hier eine lokalisierte Elektronenschwingung in einer Nanostruktur, die delokalisierte Elektronen aufweist, insbesondere in einer metallischen Nanostruktur, verstanden, wobei die Wellenlänge der Elektronenschwingung im Bereich der Wellenlänge des anregenden Lichts liegt. Dabei ist es möglich, die plasmonische Resonanz einer Nanostruktur insbesondere durch Veränderung von deren Größe, Form und Material zu beeinflussen.A “plasmonic resonance” is understood here to mean a localized electron oscillation in a nanostructure that has delocalized electrons, in particular in a metallic nanostructure, the wavelength of the electron oscillation being in the range of the wavelength of the exciting light. It is possible to influence the plasmonic resonance of a nanostructure, in particular by changing its size, shape and material.

Es wird auch eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Nanostruktur ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer stabförmigen Struktur, einer scheibenförmigen oder kugelförmigen Struktur, einer drahtförmigen Struktur, einer gitterförmigen Struktur, einer spiralförmigen Struktur, einer kreuzförmigen Struktur, einer oligomeren Struktur, einer gekrümmten Struktur, einer dreidimensionalen Anordnung, und einer Kombination von wenigstens zwei dieser Strukturen.A device is also preferred which is characterized in that the nanostructure is selected from a group consisting of a rod-shaped structure, a disk-shaped or spherical structure, a wire-shaped structure, a lattice-shaped structure, a spiral-shaped structure, a cruciform structure, an oligomeric structure Structure, a curved structure, a three-dimensional arrangement, and a combination of at least two of these structures.

Dabei ist unter einer stabförmigen Struktur bevorzugt eine Struktur zu verstehen, die in einer ausgewählten Richtung eine größere Abmessung aufweist als in den beiden anderen, senkrecht hierzu orientierten Richtungen. Diese ausgezeichnete Richtung wird als Längsrichtung der Nanostruktur bezeichnet. Die charakteristische Abmessung der Nanostruktur ist vorzugsweise deren in Längsrichtung gemessene Größe, mithin deren Länge. Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung eine stabförmige Nanostruktur auf, deren Länge und damit charakteristische Abmessung von mindestens 200 nm bis höchstens 500 nm beträgt. Besonders bevorzugt beträgt die charakteristische Abmessung von mindestens 290 nm bis höchstens 400 nm. Alternativ oder zusätzlich weist die stabförmige Nanostruktur eine Höhe - gemessen von einer Oberfläche aus, auf der die Nanostruktur angeordnet ist - von mindestens 30 nm bis höchstens 70 nm, vorzugsweise von 50 nm, auf. Alternativ oder zusätzlich weist die Nanostruktur vorzugweise eine - senkrecht zu der Höhe und der Längsrichtung - gemessene Breite auf, die von mindestens 140 nm bis höchstens 180 nm, bevorzugt 160 nm beträgt.A rod-shaped structure is preferably to be understood as a structure which has a larger dimension in a selected direction than in the other two directions oriented perpendicular thereto. This particular direction is called the longitudinal direction of the nanostructure. The characteristic dimension of the nanostructure is preferably its size measured in the longitudinal direction, hence its length. The device particularly preferably has a rod-shaped nanostructure, the length and thus characteristic dimensions of which is at least 200 nm to at most 500 nm. The characteristic dimension is particularly preferably from at least 290 nm to at most 400 nm. Alternatively or additionally, the rod-shaped nanostructure has a height - measured from a surface on which the nanostructure is arranged - of at least 30 nm to at most 70 nm, preferably 50 nm, on. Alternatively or additionally, the nanostructure preferably has a width, measured perpendicular to the height and the longitudinal direction, which is from at least 140 nm to at most 180 nm, preferably 160 nm.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung sind eine Vielzahl stabförmiger Nanostrukturen in parallel zueinander orientierten Reihen jeweils hintereinander angeordnet, insbesondere entlang ihrer Längsrichtung hintereinander gereiht. Dabei ergibt sich - in Längsrichtung gemessen - bevorzugt eine periodische Struktur mit einer Periode von mindestens 200 nm bis höchstens 700 nm, bevorzugt von 400 nm, bezogen auf eine Elementarzelle der periodischen Struktur, wobei die Elementarzelle genau eine Nanostruktur aufweist. Alternativ oder zusätzlich weist die Nanostruktur in einer Richtung, die senkrecht auf der Längsrichtung steht und in der nanostrukturierten Oberfläche liegt, eine entsprechende Periode von mindestens 200 nm bis höchstens 700 nm, bevorzugt ebenfalls von 400 nm auf. Die optischen Eigenschaften einer solchen periodischen Struktur können zum einen über die charakteristische Abmessung der Nanostruktur und zum anderen über die Wahl der Periode in wenigstens einer der hier genannten Richtungen beeinflusst werden.In a preferred exemplary embodiment of the device, a multiplicity of rod-shaped nanostructures are arranged one behind the other in rows oriented parallel to one another, in particular one behind the other along their longitudinal direction. This results - measured in the longitudinal direction - preferably a periodic structure with a period of at least 200 nm to at most 700 nm, preferably 400 nm, based on a unit cell of the periodic structure, the unit cell having exactly one nanostructure. Alternatively or additionally, the nanostructure has a corresponding period of at least 200 nm to at most 700 nm, preferably also of 400 nm, in a direction that is perpendicular to the longitudinal direction and lies in the nanostructured surface. The optical properties of such a periodic structure can be influenced on the one hand via the characteristic dimensions of the nanostructure and on the other hand via the choice of the period in at least one of the directions mentioned here.

Dabei wird die Periode bevorzugt im Wesentlichen so gewählt, dass die verschiedenen Nanostrukturen sich gegenseitig nicht beeinflussen, insbesondere nicht stören. Liegen nämlich die einzelnen Nanostrukturen zu dicht aneinander, kann es zu Wechselwirkungen zwischen den Nanostrukturen kommen, welche deren plasmonische Resonanzen in unerwünschter Weise beeinflussen. Eine periodische Struktur von Nanostrukturen ist dabei in besonders einfacher Weise herstellbar, wobei zugleich ohne zusätzliche, aufwendige Maßnahmen sichergestellt werden kann, dass die einzelnen Nanostrukturen nicht zu dicht aneinander angeordnet sind. Weiterhin hat eine periodische Anordnung der Nanostrukturen den Vorteil, ein stärkeres und insbesondere auch homogeneres Signal der gesamten Vorrichtung zu ermöglichen, als dies bei einer regellosen Struktur der Fall ist.The period is preferably selected essentially so that the different nanostructures do not influence one another, in particular do not interfere with one another. If the individual nanostructures are too close to one another, there may be interactions between the nanostructures, which affect their plasmonic resonances in an undesirable manner. A periodic structure of nanostructures can be produced in a particularly simple manner, it being possible at the same time, without additional, complex measures, to ensure that the individual nanostructures are not arranged too close to one another. Furthermore, a periodic arrangement of the nanostructures has the advantage of enabling a stronger and, in particular, also more homogeneous signal of the entire device than is the case with a random structure.

Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Nanostrukturen ungeordnet oder regellos, oder in quasiperiodischen Strukturen angeordnet sind. Solange hierbei sichergestellt ist, dass die Nanostrukturen sich nicht wechselseitig stören, wird die plasmonische Resonanz der einzelnen Vorrichtungen nicht negativ beeinflusst. insgesamt resultiert allerdings ein schwächeres und weniger homogenes Signal als bei einer periodischen Anordnung, und es ist bei der Herstellung der Vorrichtung weniger einfach möglich sicherzustellen, dass die einzelnen Nanostrukturen nicht zu dicht aneinander positioniert werden.Alternatively, however, it is also possible for the nanostructures to be arranged in a disordered or random manner, or in quasi-periodic structures. As long as it is ensured here that the nanostructures do not interfere with one another, the plasmonic resonance of the individual devices is not negatively influenced. overall, however, the result is a weaker and less homogeneous signal than in the case of a periodic arrangement, and it is less easy to ensure during the manufacture of the device that the individual nanostructures are not positioned too close to one another.

Eine strukturierte, insbesondere periodische Anordnung der Nanostrukturen wird insgesamt nicht nur in Zusammenhang mit stabförmigen Nanostrukturen, sondern ebenso in Zusammenhang mit anders ausgebildeten Nanostrukturen, beispielsweise scheibenförmigen, kugelförmigen, drahtförmigen, gitterförmigen, spiralförmigen, kreuzförmigen, oligomeren, gekrümmten oder dreidimensionalen Strukturen bevorzugt. Auch Kombinationen dieser Strukturen sind vorzugsweise periodisch angeordnet, wobei sich die beschriebenen Vorteile ergeben.A structured, in particular periodic arrangement of the nanostructures is preferred overall not only in connection with rod-shaped nanostructures, but also in connection with differently designed nanostructures, for example disc-shaped, spherical, wire-shaped, lattice-shaped, spiral-shaped, cross-shaped, oligomeric, curved or three-dimensional structures. Combinations of these structures are also preferably arranged periodically, resulting in the advantages described.

Bei einer drahtförmigen Struktur ist die Erstreckung in Längsrichtung vorzugsweise sehr viel größer als die Erstreckung der Struktur in den beiden senkrecht hierzu orientierten Richtungen.In the case of a wire-shaped structure, the extension in the longitudinal direction is preferably very much greater than the extension of the structure in the two directions oriented perpendicular thereto.

Eine gitterförmige Struktur kann durch gitterförmige Überlagerung von stab- und/oder drahtförmigen Strukturen erzeugt werden.A lattice-shaped structure can be produced by lattice-shaped superimposition of rod-shaped and / or wire-shaped structures.

In ähnlicher Weise kann eine kreuzförmige Struktur beispielsweise durch Überkreuzung zweier stabförmiger Strukturen, zweier drahtförmiger Strukturen, oder einer stabförmigen und einer drahtförmigen Struktur erzeugt werden.In a similar manner, a cross-shaped structure can be generated, for example, by crossing two rod-shaped structures, two wire-shaped structures, or one rod-shaped and one wire-shaped structure.

Eine oligomere Struktur weist vorzugsweise eine Mehrzahl von relativ zueinander gruppierten Einzel-Nanostrukturen auf, die durch die Gruppierung zu einer übergeordneten Nanostruktur zusammengefasst sind.An oligomeric structure preferably has a plurality of individual nanostructures grouped relative to one another, which are combined to form a superordinate nanostructure through the grouping.

Eine gekrümmte Struktur weist vorzugsweise entweder in sich selbst gekrümmte Nanostrukturen oder aber eine Anordnung einer Mehrzahl von Nanostrukturen auf, die entlang einer gekrümmten Kurve positioniert sind. Es ist möglich, dass die Krümmung in einer Ebene und damit zweidimensional verläuft. Alternativ ist es möglich, dass die Krümmung in drei Dimensionen verläuft, sodass eine dreidimensionale, gekrümmte Struktur verwirklicht wird.A curved structure preferably has either intrinsically curved nanostructures or else an arrangement of a plurality of nanostructures which are positioned along a curved curve. It is possible that the curvature runs in one plane and therefore two-dimensional. Alternatively, it is possible for the curvature to run in three dimensions, so that a three-dimensional, curved structure is realized.

Schließlich wird auch ganz allgemein eine dreidimensionale Nanostruktur oder Anordnung von Nanostrukturen bevorzugt. Dabei ist es möglich, dass sich die optischen Eigenschaften der Vorrichtung gerade aus der dreidimensionalen Anordnung der Nanostruktur oder der verschiedenen, relativ zueinander dreidimensional angeordneten Nanostrukturen ergeben.Finally, a three-dimensional nanostructure or arrangement of nanostructures is also generally preferred. It is possible that the optical properties of the device result precisely from the three-dimensional arrangement of the nanostructure or the various nanostructures arranged three-dimensionally relative to one another.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung weisen alle Nanostrukturen das gleiche Material auf. Es ist aber auch möglich, verschiedene Materialien miteinander zu kombinieren. Beispielsweise können verschiedene benachbarte Nanostrukturen verschiedene Materialien umfassen. So ist es möglich, beispielsweise neben einer Nanostruktur aus einem von Gold verschiedenen Material eine Nanostruktur aus Gold, insbesondere eine Goldantenne, anzuordnen. Wichtig ist jedoch, dass es einer solchen anderen Nanoantenne, insbesondere einer Goldantenne, für die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung nicht bedarf. Vielmehr weist die Vorrichtung auch dann eine hohe plasmonische Güte und einen hohen Schaltkontrast auf, wenn alle Nanostrukturen das gleiche Material aufweisen.In a preferred embodiment of the device, all of the nanostructures have the same material. But it is also possible to combine different materials with one another. For example, different neighboring nanostructures can comprise different materials. It is thus possible, for example, to arrange a nanostructure made of gold, in particular a gold antenna, next to a nanostructure made of a material other than gold. It is important, however, that such a different nano-antenna, in particular a gold antenna, is not required for the device to function. Rather, the device also has a high plasmonic quality and a high switching contrast when all nanostructures have the same material.

Es wird auch eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Material der Nanostruktur ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem Hydrid eines Elements der Seltenen Erden, einem Hydrid eines Übergangsmetalls, und einem Hydrid einer Legierung eines Übergangsmetalls. Insbesondere ist es möglich, dass als Material ein Hydrid eines Übergangsmetalls aus der vierten Gruppe des Periodensystems, also ein Hydrid von einem der Elemente Scandium, Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer und Zink, verwendet wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Material ausgewählt ist aus einem Hydrid einer Legierung eines Übergangsmetalls mit Magnesium.A device is also preferred which is characterized in that the material of the nanostructure is selected from a group consisting of a hydride of a rare earth element, a hydride of a transition metal, and a hydride of an alloy of a transition metal. In particular, it is possible that a hydride of a transition metal from the fourth group of the periodic table, ie a hydride of one of the elements scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper and zinc, is used as the material. In a preferred embodiment of the device it is provided that the material is selected from a hydride of an alloy of a transition metal with magnesium.

Der Begriff „Seltene Erden“ bezeichnet hier die Elemente der dritten Periode des Periodensystems mit Ausnahme von Actinium, sowie die Lanthanide, insgesamt also die Elemente Scandium, Yttrium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, und Lutetium.The term "rare earths" here refers to the elements of the third period of the periodic table with the exception of actinium, as well as the lanthanides, in total the elements scandium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, and Lutetium.

Wird als Material ein Hydrid eines Elements oder einer Legierung verwendet, bedeutet dies, dass der erste Hydridisierungszustand bereits als Wasserstoffverbindung des Elements oder der Legierung vorliegt, wobei der zweite Hydridisierungszustand vorzugsweise eine Wasserstoffverbindung des Elements oder der Legierung mit im Vergleich zu dem ersten Hydridisierungszustand größerem Wasserstoffgehalt darstellt. Alternativ ist es aber auch möglich, dass der erste Hydridisierungszustand einem Zustand vor einer Hydridisierung, also einem nicht mit Wasserstoff verbundenen Zustand des Elements oder der Legierung, insbesondere - jedenfalls in Bezug auf die Verbindung mit Wasserstoff - einem Reinzustand des Elements oder der Legierung entspricht.If a hydride of an element or an alloy is used as the material, this means that the first hydride state is already present as a hydrogen compound of the element or alloy, the second hydride state preferably being a hydrogen compound of the element or alloy with a higher hydrogen content than the first hydride state represents. Alternatively, however, it is also possible for the first hydration state to correspond to a state before hydration, i.e. a state of the element or alloy not connected to hydrogen, in particular - at least with regard to the connection with hydrogen - to a pure state of the element or alloy.

Es ist daher möglich, bei der Vorrichtung auch ein Element der Seltenen Erden, ein Übergangsmetall, insbesondere aus der vierten Gruppe des Periodensystems, oder eine Legierung eines Übergangsmetalls, insbesondere eine Legierung mit Magnesium, als Material zu verwenden.It is therefore possible to use a rare earth element, a transition metal, in particular from the fourth group of the periodic table, or an alloy of a transition metal, in particular an alloy with magnesium, as material in the device.

Bevorzugt ist es möglich, dass Vanadium oder Vanadiumhydrid als Material verwendet wird.It is preferably possible that vanadium or vanadium hydride is used as the material.

Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, bei welchem das Material ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Yttriumdihydrid (YH2), Scandiumdihydrid (ScH2), Lanthandihydrid (LaH2), Gadoliniumdihydrid (GdH2) und Promethiumdihydrid (PmH2). Dabei entspricht der erste Hydridisierungszustand der hier genannten Materialien jeweils der angegebenen Dihydrid-Verbindung. Diese ist aufgrund einer hohen negativen Reaktionsenthalpie der Elemente mit Wasserstoff stabil und wandelt sich nicht spontan in die unhydrierten Elemente um. Durch Wasserstoffzufuhr ist es möglich, die genannten Materialien in den zweiten Hydridisierungszustand zu überführen, wobei unter bevorzugten Bedingungen, nämlich einem Wasserstoffpartialdruck von weniger als 1 bar bis zu 1 bar bei einer Temperatur von ungefähr 25 °C, keine vollständige Umwandlung in den Trihydridzustand, also zu MeH3 mit Me = Y, Sc, La, Gd oder Pm, erreicht werden kann. Vielmehr wird unter Wasserstoffzufuhr als zweiter Hydridisierungszustand ein Endzustand erreicht, welcher durch die Fomel MeH3-x beschrieben wird, wobei Me = Y, Sc, La, Gd oder Pm ist, und x von mindestens 0,1 bis höchstens 0,3 beträgt. Unter hohem Wasserstoff-Partialdruck ist es auch möglich eine Zusammensetzung zu erreichen, bei der x = 0,01 beträgt. Der einfacheren Darstellung wegen wird im Folgenden der zweite Hydridisierungszustand in Zusammenhang mit den hier konkret genannten Elementen stets als Trihydridzustand (MeH3) bezeichnet. Dabei zeigt sich, dass die Umwandlung von dem ersten Hydridisierungszustand, hier also dem Dihydridzustand, in den zweiten Hydridisierungszustand, hier also den Trihydridzustand, vollständig reversibel erfolgt, wobei unter Wasserstoffzufuhr der Dihydridzustand in den Trihydridzustand umgewandelt wird, wobei dieser nach Unterbrechen der Wasserstoffzufuhr wieder zurück in den Dihydridzustand umgewandelt wird. Dabei findet eine starke und vollständig reversible Umwandlung der dielektrischen Eigenschaften des Materials statt. Das Material ist in dem ersten Hydridisierungszustand, also als Dihydrid, metallisch, wobei es in dem zweiten Hydridisierungszustand, also als Trihydrid, als Dielektrikum oder transparenter Halbleiter vorliegt. Eine im metallischen Zustand vorhandene plasmonische Resonanz verschwindet vollständig, wenn das Material in dem zweiten Hydridisierungszustand, hier also als Trihydrid, vorliegt. Bei Rückumwandlung in den ersten Hydridisierungszustand wird die plasmonische Resonanz vollständig wieder hergestellt.Particularly preferred is an embodiment of the device in which the material is selected from a group consisting of yttrium dihydride (YH 2 ), scandium dihydride (ScH 2 ), lanthanum dihydride (LaH 2 ), gadolinium dihydride (GdH 2 ) and promethium dihydride (PmH 2 ). The first hydration state of the materials mentioned here corresponds in each case to the specified dihydride compound. Due to the high negative enthalpy of reaction between the elements and hydrogen, this is stable and does not spontaneously transform into the unhydrogenated elements. By supplying hydrogen it is possible to convert the materials mentioned into the second hydration state, with, under preferred conditions, namely a hydrogen partial pressure of less than 1 bar up to 1 bar a temperature of about 25 ° C, no complete conversion into the trihydride state, i.e. to MeH 3 with Me = Y, Sc, La, Gd or Pm, can be achieved. Rather, when hydrogen is supplied as the second hydration state, a final state is reached which is described by the formula MeH 3-x , where Me = Y, Sc, La, Gd or Pm, and x is from at least 0.1 to at most 0.3. Under a high hydrogen partial pressure it is also possible to achieve a composition in which x = 0.01. For the sake of simpler representation, the second hydration state is always referred to below in connection with the elements specifically mentioned here as the trihydride state (MeH 3 ). This shows that the conversion from the first hydride state, here the dihydride state, to the second hydride state, here the trihydride state, takes place completely reversibly, with the dihydride state being converted into the trihydride state with the supply of hydrogen, which is returned again after the hydrogen supply is interrupted is converted to the dihydride state. A strong and completely reversible conversion of the dielectric properties of the material takes place. The material is metallic in the first hydration state, that is to say as a dihydride, while in the second hydration state, that is to say as a trihydride, it is present as a dielectric or transparent semiconductor. A plasmonic resonance present in the metallic state disappears completely when the material is in the second hydration state, in this case as a trihydride. When converting back to the first hydration state, the plasmonic resonance is completely restored.

Alternativ wird ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bevorzugt, bei welcher das Material ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem Hydrid einer Magnesiumlegierung von Yttrium, einem Hydrid einer Magnesiumlegierung von Lanthan, einem Hydrid einer Magnesiumlegierung von Scandium, einem Hydrid einer Magnesiumlegierung von Gadolinium, einem Hydrid einer Magnesiumlegierung von Promethium, und einem Hydrid einer Legierung der Form Mg2MeHx mit Me = Ni, Co, oder Fe. Diese Materialien zeichnen sich durch eine besonders schnelle Reaktion von dem ersten zu dem zweiten Hydridisierungszustand und zurück aus. Sie weisen darüber hinaus einen besonders hohen Schaltkontrast - bis hin zur vollständigen Absorption im ersten Hydridisierungszustand - zwischen den beiden Zuständen auf.Alternatively, an embodiment of the device is preferred in which the material is selected from a group consisting of a hydride of a magnesium alloy of yttrium, a hydride of a magnesium alloy of lanthanum, a hydride of a magnesium alloy of scandium, a hydride of a magnesium alloy of gadolinium, a hydride of a Magnesium alloy of promethium, and a hydride of an alloy of the form Mg 2 MeH x with Me = Ni, Co, or Fe. These materials are characterized by a particularly rapid reaction from the first to the second hydration state and back. In addition, they have a particularly high switching contrast - right up to complete absorption in the first hydration state - between the two states.

Vorteilhaft ist auch, dass es mit den hier genannten Materialien möglich ist, die Vorrichtung unter Normaldruck und insbesondere unter Atmosphärenbedingungen zu verwenden, ohne dass die Eigenschaften der Vorrichtung beeinträchtigt werden. Es ist also weder nötig, die Vorrichtung unter Vakuum zu halten, noch muss ein Schutzgas verwendet werden. Gleichwohl wird die Verwendung eines Schutzgases unter dem Gesichtspunkt der Explosionsgefahr aufgrund einer Knallgasreaktion bevorzugt. Es wird aber hervorgehoben, dass auch die Anwesenheit von Sauerstoff die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung in Hinblick auf ihre schaltbaren optischen Eigenschaften nicht beeinträchtigt.It is also advantageous that with the materials mentioned here it is possible to use the device under normal pressure and in particular under atmospheric conditions without the properties of the device being impaired. It is therefore not necessary to keep the device under vacuum, nor does a protective gas have to be used. Nevertheless, the use of a protective gas is preferred from the point of view of the risk of explosion due to an oxyhydrogen reaction. However, it is emphasized that even the presence of oxygen does not impair the functionality of the device with regard to its switchable optical properties.

Besonders bevorzugt wird eine Vorrichtung, die sich dadurch auszeichnet, dass als Material Yttriumdihydrid (YH2) verwendet wird. Dabei entspricht der erste Hydridisierungszustand dieser Dihydrid-Verbindung, wobei als zweiter Hydridisierungszustand unter den zuvor beschriebenen, bevorzugten Bedingungen typischerweise nicht der stöchiometrische Trihydridzustand, sondern ein Endzustand erreicht wird, welcher der oben angegebenen Formen YH3-x entspricht, wobei x von mindestens 0,1 bis höchstens 0,3 beträgt. Allerdings ist es - wie oben ebenfalls bereits ausgeführt - unter hohem Wasserstoffpartialdruck möglich, für x einen Wert von 0,01 zu erreichen. Der Einfachheit wegen wird insbesondere in Zusammenhang mit diesem Material der zweite Hydridisierungszustand im Folgenden als Yttrium-Trihydrid (YH3) bezeichnet.A device is particularly preferred which is characterized in that yttrium dihydride (YH 2 ) is used as the material. The first state of hydration corresponds to this dihydride compound, the second state of hydration under the preferred conditions described above typically not reaching the stoichiometric trihydride state, but rather a final state which corresponds to the forms YH 3-x given above, where x is at least 0, 1 to a maximum of 0.3. However, as already stated above, it is possible under high hydrogen partial pressure to achieve a value of 0.01 for x. For the sake of simplicity, especially in connection with this material, the second hydration state is hereinafter referred to as yttrium trihydride (YH 3 ).

Yttrium ist dabei kein typisches plasmonisches Material. Vielmehr ist es überraschend, dass gerade Yttrium für die hier vorgeschlagene Vorrichtung geeignet ist. An sich weist Yttrium nämlich eine vergleichsweise geringe elektrische Leitfähigkeit und damit eine hohe plasmonische Dämpfung auf, sodass üblicherweise angenommen wird, dieses Material sei für plasmonische Nanostrukturen wenig geeignet. Demgegenüber ist im Rahmen der Erfindung - insbesondere durch numerische Simulationen der dielektrischen Funktionen von Yttrium und Yttriumdihydrid - erkannt worden, dass sich geeignete plasmonische Resonanzen ausbilden, und dass Yttrium für die hier vorgeschlagene Vorrichtung ein besonders geeignetes Material ist.Yttrium is not a typical plasmonic material. Rather, it is surprising that precisely yttrium is suitable for the device proposed here. As such, yttrium has a comparatively low electrical conductivity and thus high plasmonic attenuation, so that it is usually assumed that this material is not very suitable for plasmonic nanostructures. In contrast, within the scope of the invention - in particular through numerical simulations of the dielectric functions of yttrium and yttrium dihydride - it has been recognized that suitable plasmonic resonances are formed and that yttrium is a particularly suitable material for the device proposed here.

Für Yttrium zeigt sich insbesondere, dass das Dihydrid, welches metallisch ist, eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als elementares Yttrium. Dadurch ist auch eine plasmonische Resonanz in dem Dihydridzustand stärker ausgeprägt als im elementaren Zustand des Yttriums. Darüber hinaus zeigt sich, dass der Dihydridzustand des Yttrium aufgrund der stark negativen Reaktionsenthalpie der Hydridisierungsreaktion von Yttrium mit Wasserstoff äußerst stabil ist, wobei sich das Yttriumdihydrid nicht spontan unter Normalbedingungen in elementares Yttrium und Wasserstoff umwandelt. Die Reaktion von Yttriumdihydrid zu Yttriumtrihydrid ist dagegen reversibel. So findet unter Wasserstoffzufuhr die Umwandlung des ersten Hydridisierungszustands (Dihydrid) in den zweiten Hydridisierungszustand (Trihydrid) statt, während der zweite Hydridisierungszustand nach Unterbrechung der Wasserstoffzufuhr wiederum vollständig in den ersten Hydridisierungszustand umgewandelt wird. Yttriumtrihydrid ist ein Dielektrikum, insbesondere ein transparenter Halbleiter. Von dem ersten Hydridisierungszustand in den zweiten Hydridisierungszustand erfolgt also ein Metall-Isolator-Übergang, aufgrund dessen die in dem ersten Hydridisierungszustand vorhandene plasmonische Resonanz in dem zweiten Hydridisierungszustand vollständig verschwindet. Es ergibt sich so ein sehr hoher Schaltkontrast zwischen dem ersten und dem zweiten Hydridisierungszustand. Durch einfaches An- und Abschalten einer Wasserstoffzufuhr kann vollständig verschleißfrei und reversibel ein Umschalten zwischen den beiden Hydridisierungszuständen bewirkt werden.For yttrium it is shown in particular that the dihydride, which is metallic, has a higher electrical conductivity than elemental yttrium. As a result, a plasmonic resonance in the dihydride state is more pronounced than in the elemental state of yttrium. In addition, it is shown that the dihydride state of yttrium is extremely stable due to the strongly negative enthalpy of reaction of the hydration reaction of yttrium with hydrogen, whereby the yttrium dihydride does not spontaneously convert into elemental yttrium and hydrogen under normal conditions. In contrast, the reaction of yttrium dihydride to yttrium trihydride is reversible. Thus, with the supply of hydrogen, the conversion of the first hydride state (dihydride) into the second hydride state (trihydride) takes place, while the second Hydridation state is again completely converted into the first hydration state after interruption of the hydrogen supply. Yttrium trihydride is a dielectric, especially a transparent semiconductor. A metal-insulator transition therefore takes place from the first hydration state to the second hydration state, due to which the plasmonic resonance present in the first hydration state disappears completely in the second hydration state. This results in a very high switching contrast between the first and second hydration states. By simply switching a hydrogen supply on and off, a switchover between the two hydridization states can be effected completely wear-free and reversibly.

Dabei ist ohne weiteres eine Verwendung der Vorrichtung bei Atmosphärendruck und unter Atmosphärenbedingungen möglich, ohne dass es der Verwendung eines Schutzgases oder eines Vakuums bedarf. Vielmehr ist die Vorrichtung auch unter Anwesenheit von Sauerstoff einsetzbar, wobei gleichwohl eine Reduzierung des Sauerstoffpartialdrucks oder sogar ein Ausschluss der Anwesenheit von Sauerstoff bevorzugt wird, um der Gefahr einer Knallgasreaktion mit dem zur Schaltung der optischen Eigenschaften der Vorrichtung verwendeten Wasserstoff vorzubeugen.Use of the device at atmospheric pressure and under atmospheric conditions is readily possible without the need to use a protective gas or a vacuum. Rather, the device can also be used in the presence of oxygen, although a reduction in the oxygen partial pressure or even exclusion of the presence of oxygen is preferred in order to prevent the risk of an oxyhydrogen reaction with the hydrogen used to switch the optical properties of the device.

Bevorzugt wird auch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, das sich dadurch auszeichnet, dass die Nanostruktur auf einem Substrat angeordnet ist. Das Substrat weist dabei ein Dielektrikum auf oder besteht aus einem Dielektrikum. Es ist möglich, dass das Substrat eine Mehrzahl von Schichten aufweist, insbesondere aus einer Mehrzahl von Schichten besteht, wobei zumindest eine obere Schicht, auf welcher die Nanostruktur unmittelbar angeordnet ist, ein Dielektrikum aufweist oder aus einem Dielektrikum besteht. Insbesondere ist ein Ausführungsbeispiel möglich, bei welchem das Substrat eine erste, metallische Schicht, die vorzugsweise Gold umfasst oder aus Gold besteht, aufweist, wobei das Substrat eine zweite, auf der ersten Schicht angeordnete Schicht aufweist, die aus einem Dielektrikum, vorzugsweise aus Magnesiumfluorid (MgF2), besteht. Die Nanostruktur ist in diesem Fall auf der zweiten, dielektrischen Schicht angeordnet.An exemplary embodiment of the device is also preferred which is characterized in that the nanostructure is arranged on a substrate. The substrate has a dielectric or consists of a dielectric. It is possible for the substrate to have a plurality of layers, in particular to consist of a plurality of layers, at least one upper layer on which the nanostructure is arranged directly having a dielectric or consisting of a dielectric. In particular, an embodiment is possible in which the substrate has a first, metallic layer, which preferably comprises gold or consists of gold, wherein the substrate has a second layer arranged on the first layer, which consists of a dielectric, preferably magnesium fluoride ( MgF 2 ). In this case, the nanostructure is arranged on the second, dielectric layer.

Das Substrat weist vorzugsweise ein transparentes Dielektrikum auf oder besteht aus einem transparenten Dielektrikum. Dies wird insbesondere dann bevorzugt, wenn die Vorrichtung schaltbare optische Eigenschaften aufweisen soll, welche in Transmission gemessen werden. Alternativ ist es möglich, dass das Substrat ein intransparentes Dielektrikum aufweist oder aus einem intransparenten Dielektrikum besteht. Dies ist vorzugsweise dann vorgesehen, wenn die Vorrichtung schaltbare optische Eigenschaften aufweist, die in Reflektion gemessen werden. Es ist auch möglich, dass das Substrat sowohl ein transparentes als auch ein intransparentes Dielektrikum aufweist, beispielsweise in Form verschiedener Schichten. Schließlich ist es möglich, dass das Substrat ein schaltbares Dielektrikum aufweist, dessen Eigenschaften von transparent zu intransparent und vorzugsweise auch zurück geschaltet werden können.The substrate preferably has a transparent dielectric or consists of a transparent dielectric. This is particularly preferred when the device is to have switchable optical properties which are measured in transmission. Alternatively, it is possible that the substrate has a non-transparent dielectric or consists of a non-transparent dielectric. This is preferably provided when the device has switchable optical properties that are measured in reflection. It is also possible for the substrate to have both a transparent and a non-transparent dielectric, for example in the form of different layers. Finally, it is possible for the substrate to have a switchable dielectric, the properties of which can be switched from transparent to non-transparent and preferably also back.

Dabei bedeutet der Begriff „transparent“ im Rahmen der Erfindung insbesondere, dass Transparenz zumindest in dem Wellenlängenbereich gegeben ist, in welchem in dem ersten Hydridisierungszustand die plasmonische Resonanzbande angeordnet ist. In anderen Wellenlängenbereichen kann dabei ebenfalls Transparenz gegeben sein, es ist aber auch möglich, dass dort keine oder jedenfalls keine vollständige Transparenz vorliegt. Für die Erfindung interessiert jedenfalls besonders die Transparenz in dem Wellenlängenbereich der plasmonischen Resonanz des ersten Hydridisierungszustands. Der Begriff „intransparent“ ist im Rahmen der Erfindung insbesondere entsprechend zu verstehen, also als Gegenbegriff oder komplementärer Begriff zu dem zuvor erläuterten Begriff „transparent“.In this context, the term “transparent” in the context of the invention means in particular that transparency is given at least in the wavelength range in which the plasmonic resonance band is arranged in the first hydration state. There can also be transparency in other wavelength ranges, but it is also possible that there is no or at least not complete transparency there. In any case, the transparency in the wavelength range of the plasmonic resonance of the first hydration state is of particular interest for the invention. The term “non-transparent” is to be understood accordingly in the context of the invention, that is to say as a counter-term or complementary term to the previously explained term “transparent”.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung weist das Substrat Glas, vorzugsweise Quarzglas, auf. Besonders bevorzugt besteht das Substrat aus Glas, insbesondere aus Quarzglas.In a preferred embodiment of the device, the substrate has glass, preferably quartz glass. The substrate particularly preferably consists of glass, in particular of quartz glass.

Es ist auch ein Ausführungsbeispiel möglich, bei welchem das Substrat eine Dehnfolie aufweist, aus einer Dehnfolie besteht oder als Dehnfolie ausgebildet ist. Die wenigstens eine Nanostruktur ist dabei auf der Dehnfolie angeordnet. Ist eine Vielzahl von Nanostrukturen auf der Dehnfolie angeordnet, ist es möglich, einen Abstand zwischen den einzelnen Nanostrukturen durch vorzugsweise elastische Dehnung der Dehnfolie zu variieren. Hierdurch können die optischen Eigenschaften der Vorrichtung zusätzlich zu deren Schaltbarkeit beeinflusst werden. Beispielsweise ist es so möglich, die spektrale Lage der plasmonischen Resonanz in dem ersten Hydridisierungszustand zu verschieben.An exemplary embodiment is also possible in which the substrate has an expansion film, consists of an expansion film or is designed as an expansion film. The at least one nanostructure is arranged on the stretch film. If a large number of nanostructures are arranged on the stretch film, it is possible to vary a distance between the individual nanostructures by preferably elastic stretching of the stretch film. This allows the optical properties of the device to be influenced in addition to its switchability. For example, it is thus possible to shift the spectral position of the plasmonic resonance in the first hydration state.

Bevorzugt wird auch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, welches eine Quelle für atomaren Wasserstoff oder Protonen aufweist. Die Quelle ist so angeordnet und ausgebildet, dass durch sie der Nanostruktur atomarer Wasserstoff oder Protonen zuführbar ist/sind. Es ist möglich, dass das Material der Nanostruktur nicht mit molekularem Wasserstoff, sondern vielmehr nur mit atomarem Wasserstoff oder mit Protonen reagiert, um von dem ersten Hydridisierungszustand in den zweiten Hydridisierungszustand zu gelangen. Es ist auch möglich, dass das Material zwar auch mit molekularem Wasserstoff reagiert, wobei eine Reaktionsrate für eine Reaktion mit atomarem Wasserstoff oder mit Protonen jedoch sehr viel größer ist als eine Reaktionsrate mit molekularem Wasserstoff. Wird als Material Yttriumdihydrid verwendet, reagiert dieses nur mit atomarem Wasserstoff oder mit Protonen. In diesem Fall gewährleistet die Quelle für atomaren Wasserstoff oder Protonen, dass der Nanostruktur zum Schalten der optischen Eigenschaften der Vorrichtung atomarer Wasserstoff oder Protonen zuführbar ist/sind.Also preferred is an embodiment of the device which has a source for atomic hydrogen or protons. The source is arranged and designed in such a way that atomic hydrogen or protons can be supplied through it to the nanostructure. It is possible that the material of the nanostructure does not react with molecular hydrogen, but rather only with atomic hydrogen or with protons in order to move from the first hydration state to the second hydration state. It is also possible that the material reacts with molecular hydrogen, with a reaction rate for a reaction with atomic hydrogen or with protons is much greater than a reaction rate with molecular hydrogen. If yttrium dihydride is used as material, it only reacts with atomic hydrogen or with protons. In this case, the source for atomic hydrogen or protons ensures that atomic hydrogen or protons can be supplied to the nanostructure for switching the optical properties of the device.

Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Quelle für atomaren Wasserstoff oder Protonen ein Katalysatormaterial aufweist, das molekularen Wasserstoff katalytisch in atomaren Wasserstoff oder in Protonen umwandeln kann. Vorzugsweise besteht die Quelle aus dem Katalysatormaterial. Bevorzugt ist die Quelle auf der wenigstens einen Nanostruktur angeordnet. Insbesondere ist es möglich, dass die Nanostruktur mit dem Katalysatormaterial der Quelle beschichtet ist. Alternativ ist es möglich, dass das Katalysatormaterial in der Nähe der wenigstens einen Nanostruktur angeordnet ist. Dabei spricht der Begriff „in der Nähe“ vorzugsweise eine Entfernung auf der nanostrukturierten Oberfläche an, die so gewählt ist, dass der durch die Quelle bereitgestellte atomare Wasserstoff oder die Protonen während einer typischen Diffusionszeit, die nötig ist, um die Entfernung von der Quelle bis zu der Nanostruktur zurückzulegen, nicht miteinander zu molekularem Wasserstoff rekombinieren. Je nach konkreter Ausbildung der Vorrichtung kann hier statt einer Diffusionszeit auch eine andere, charakteristische Wanderungszeit angesprochen sein, falls andere Transportmechanismen von der Quelle zu der Nanostruktur existieren, beispielsweise weil eine Strömung von der Quelle zu der Nanostruktur vorgegeben wird. Auch in einem solchen Fall bedeutet die Formulierung „in der Nähe“, dass die Entfernung jedenfalls so gewählt ist, dass die Wasserstoffatome oder Protonen auf ihrem Weg von der Quelle zu der Nanostruktur jedenfalls nicht in relevantem Umfang miteinander rekombinieren. Somit kann die Quelle letztlich je nach konkretem Transportmechanismus näher an der Nanostruktur oder weiter von dieser entfernt angeordnet sein. Es ist ein Ausführungsbeispiel möglich, bei dem eine globale Quelle für alle Nanostrukturen der nanostrukturierten Oberfläche vorgesehen ist. Beispielsweise ist es möglich, dass die Quelle in eine Wasserstoffzufuhr der Vorrichtung integriert ist, beispielsweise in Form eines mit Katalysatormaterial beschichteten Filters oder Gitters. Alternativ ist es möglich, dass mehrere Quellen auf der nanostrukturierten Oberfläche angeordnet sind. Insbesondere ist es möglich, dass jeder Nanostruktur eine Quelle zugeordnet ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Nanostruktur mit dem Katalysatormaterial der Quelle beschichtet ist.An exemplary embodiment of the device is also preferred which is characterized in that the source for atomic hydrogen or protons has a catalyst material which can catalytically convert molecular hydrogen into atomic hydrogen or into protons. Preferably the source consists of the catalyst material. The source is preferably arranged on the at least one nanostructure. In particular, it is possible for the nanostructure to be coated with the catalyst material of the source. Alternatively, it is possible that the catalyst material is arranged in the vicinity of the at least one nanostructure. The term “in the vicinity” preferably refers to a distance on the nanostructured surface that is selected in such a way that the atomic hydrogen or the protons provided by the source during a typical diffusion time that is necessary for the distance from the source to to travel to the nanostructure, do not recombine with each other to form molecular hydrogen. Depending on the specific design of the device, a different, characteristic migration time can also be addressed here instead of a diffusion time if other transport mechanisms exist from the source to the nanostructure, for example because a flow from the source to the nanostructure is specified. In such a case, too, the phrase “nearby” means that the distance is selected in such a way that the hydrogen atoms or protons do not recombine with one another to any relevant extent on their way from the source to the nanostructure. Thus, depending on the specific transport mechanism, the source can ultimately be arranged closer to the nanostructure or further away from it. An exemplary embodiment is possible in which a global source is provided for all nanostructures of the nanostructured surface. For example, it is possible for the source to be integrated into a hydrogen supply to the device, for example in the form of a filter or grid coated with catalyst material. Alternatively it is possible for several sources to be arranged on the nanostructured surface. In particular, it is possible for a source to be assigned to each nanostructure. This is particularly the case when the nanostructure is coated with the catalyst material of the source.

Alternativ oder zusätzlich wird ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bevorzugt, bei dem eine elektrochemische Quelle für atomaren Wasserstoff oder Protonen vorgesehen ist. Beispielsweise ist es möglich, dass die Vorrichtung eine elektrochemische Zelle aufweist, die so ausgebildet ist, dass im Bereich der nanostrukturierten Oberfläche beim Anlegen einer elektrischen Spannung Wasserstoff - vorzugsweise in statu nascendi - erzeugt wird. Besonders bevorzugt ist eine Elektrode der elektrochemischen Zelle, an der Wasserstoff - insbesondere in statu nascendi - erzeugt wird, in unmittelbarer Nähe der wenigstens einen Nanostruktur angeordnet. Es ist dann möglich, dass sich der an der Elektrode gebildete atomare Wasserstoff mit dem Material der Nanostruktur verbindet, bevor er zu molekularem Wasserstoff reagieren kann. Bei einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist es möglich, dass die nanostrukturierte Oberfläche auf einer Elektrode einer elektrochemischen Zelle, an der Wasserstoff erzeugt wird, angeordnet ist.Alternatively or additionally, an embodiment of the device is preferred in which an electrochemical source for atomic hydrogen or protons is provided. For example, it is possible for the device to have an electrochemical cell which is designed in such a way that, when an electrical voltage is applied, hydrogen is generated in the area of the nanostructured surface, preferably in statu nascendi. An electrode of the electrochemical cell at which hydrogen is generated - in particular in statu nascendi - is particularly preferably arranged in the immediate vicinity of the at least one nanostructure. It is then possible that the atomic hydrogen formed on the electrode combines with the material of the nanostructure before it can react to form molecular hydrogen. In one embodiment of the device, it is possible for the nanostructured surface to be arranged on an electrode of an electrochemical cell on which hydrogen is generated.

Bei einem Ausführungsbeispiel, bei welchem eine elektrochemische Quelle für atomaren Wasserstoff oder Protonen vorgesehen ist, ist es ohne weiteres möglich, diese Bildungsreaktion umzukehren, insbesondere durch Umpolen der elektrochemischen Zelle. Auf diese Weise kann nach einem Schalten der Vorrichtung in den zweiten Hydridisierungszustand eine Umpolung vorgenommen werden, wodurch dann aktiv Wasserstoff an der Elektrode abgebaut wird, sodass die Vorrichtung von dem zweiten Hydridisierungszustand zurück in den ersten Hydridisierungszustand gelangt. Auf diese Weise ist ein sehr einfaches Schalten der Vorrichtung möglich, und es bedarf weder einer Zufuhrleitung für Wasserstoff, noch einer Ableitung für denselben. Vielmehr genügen elektrische Zuführungen zu der Vorrichtung, wodurch diese vollständig gekapselt ausgebildet sein kann. Dies ist insbesondere vorteilhaft in Hinblick auf eine Miniaturisierung der Vorrichtung, beispielsweise bei einer Verwendung als optischer Brillenfilter, weil hier eine externe Wasserstoffzufuhr als störend empfunden werden könnte.In an embodiment in which an electrochemical source for atomic hydrogen or protons is provided, it is easily possible to reverse this formation reaction, in particular by reversing the polarity of the electrochemical cell. In this way, after switching the device to the second hydration state, polarity reversal can be carried out, as a result of which hydrogen is then actively broken down at the electrode, so that the device returns from the second hydration state to the first hydration state. In this way, very simple switching of the device is possible, and neither a supply line for hydrogen nor a discharge line for the same is required. Rather, electrical feeds to the device are sufficient, as a result of which it can be embodied completely encapsulated. This is particularly advantageous with regard to miniaturization of the device, for example when used as an optical spectacle filter, because an external hydrogen supply could be perceived as disruptive here.

Selbstverständlich ist ein Ausführungsbeispiel möglich, bei dem eine elektrochemische Quelle mit einer Quelle kombiniert wird, welche Katalysatormaterial aufweist, das geeignet ist molekularen Wasserstoff in atomaren Wasserstoff oder Protonen umzuwandeln. Beispielsweise ist es dann möglich, dass der Wasserstoff, der von der elektrochemischen Quelle erzeugt wird, nicht in statu nascendi mit dem Material der Nanostruktur reagiert, sondern vielmehr zunächst als molekularer Wasserstoff gebildet wird, der dann in einem weiteren Schritt durch das Katalysatormaterial aufgespalten wird.Of course, an embodiment is possible in which an electrochemical source is combined with a source which has catalyst material which is suitable for converting molecular hydrogen into atomic hydrogen or protons. For example, it is then possible that the hydrogen generated by the electrochemical source does not react in statu nascendi with the material of the nanostructure, but rather is initially formed as molecular hydrogen, which is then split up in a further step by the catalyst material.

Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Nanostruktur eine Deckschicht aufweist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Deckschicht zum Schutz der Nanostruktur dient, nämlich insbesondere als Oxidationsschutz und/oder als mechanischer Schutz. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Deckschicht nur auf einer dem Substrat abgewandten Nanostruktur-Oberfläche der Nanostruktur angeordnet. Dabei ist erkannt worden, dass dies für einen effektiven Oxidationsschutz ausreichend ist. Dabei sind bevorzugt Seitenflächen der Nanostruktur von der Deckschicht frei. An diesen Seitenflächen kann sich demnach unter Sauerstoffzufuhr ein Oxid des Materials der Nanostruktur bilden. Dies beeinträchtigt aber die Funktion der Vorrichtung nicht.It is also preferred an embodiment of the device, which thereby is characterized by the fact that the nanostructure has a top layer. In one embodiment it is possible that the cover layer serves to protect the nanostructure, namely in particular as protection against oxidation and / or as mechanical protection. In a preferred embodiment, the cover layer is arranged only on a nanostructure surface of the nanostructure facing away from the substrate. It has been recognized that this is sufficient for effective protection against oxidation. In this case, side surfaces of the nanostructure are preferably free from the cover layer. Accordingly, an oxide of the material of the nanostructure can form on these side surfaces when oxygen is supplied. However, this does not impair the function of the device.

Die Deckschicht weist bevorzugt Platin oder Palladium auf. Vorzugsweise besteht die Deckschicht aus Platin oder Palladium. Besonders bevorzugt weist die Deckschicht Platin auf oder besteht aus Platin. Dabei ist erkannt worden, dass Platin im Vergleich zu Palladium sehr viel stabiler gegen Degradation und damit langlebiger ist, wobei die Langlebigkeit der Vorrichtung insgesamt steigt, wenn Platin statt Palladium für die Deckschicht verwendet wird. Sowohl Platin als auch Palladium weisen katalytische Eigenschaften auf, aufgrund derer molekularer Wasserstoff katalytisch in atomaren Wasserstoff umgewandelt wird, sodass eine Deckschicht aus diesen Materialien nicht nur einen Oxidationsschutz und einen Schutz vor mechanischer Beschädigung bereitstellt, sondern zugleich als Quelle für atomaren Wasserstoff dient. Wie oben bereits angedeutet, ist es möglich, zusätzlich eine elektrochemische Quelle für atomaren Wasserstoff oder Protonen vorzusehen.The cover layer preferably has platinum or palladium. The cover layer is preferably made of platinum or palladium. The cover layer particularly preferably has platinum or consists of platinum. It has been recognized that platinum is much more stable to degradation than palladium and is therefore more durable, the overall durability of the device increasing if platinum is used for the cover layer instead of palladium. Both platinum and palladium have catalytic properties, due to which molecular hydrogen is catalytically converted into atomic hydrogen, so that a top layer made of these materials not only provides protection against oxidation and mechanical damage, but also serves as a source of atomic hydrogen. As already indicated above, it is possible to additionally provide an electrochemical source for atomic hydrogen or protons.

Soll die Deckschicht lediglich als Katalysator zur Umwandlung von molekularem Wasserstoff in atomaren Wasserstoff oder in Protonen dienen, ist es ausreichend, wenn diese in Form von Inseln, insbesondere in Form voneinander beabstandeter Inseln, auf der Substrat-Oberfläche oder auf der Nanostruktur-Oberfläche angeordnet ist. Insbesondere bedarf es für die katalytische Wirkung der Deckschicht keiner geschlossenen Schicht. Soll dagegen die Deckschicht zusätzlich einen Oxidationsschutz insbesondere im Bereich der Nanostruktur-Oberfläche bereitstellen, wird bevorzugt eine geschlossene Deckschicht vorgesehen.If the cover layer is only to serve as a catalyst for converting molecular hydrogen into atomic hydrogen or into protons, it is sufficient if it is arranged in the form of islands, in particular in the form of islands spaced apart, on the substrate surface or on the nanostructure surface . In particular, there is no need for a closed layer for the catalytic effect of the cover layer. On the other hand, if the cover layer is to provide additional protection against oxidation, in particular in the area of the nanostructure surface, a closed cover layer is preferably provided.

Die Deckschicht weist vorzugsweise eine Dicke auf von mindestens 2 nm bis höchstens 15 nm, vorzugsweise von mindestens 5 nm bis höchstens 7 nm, besonders bevorzugt von 6 nm. Eine Deckschicht mit einer in diesem Bereich liegenden Dicke stört die Bildung einer plasmonischen Resonanz in der Nanostruktur nicht, wobei die Deckschicht andererseits dick genug ist, um einen effektiven Schutz der Nanostruktur vor Oxidation und mechanischer Beschädigung zu gewährleisten. Zugleich wird eine hinreichende katalytische Aktivität zur Bereitstellung von atomarem Wasserstoff oder Protonen bereitgestellt. Dickere Deckschichten, insbesondere im Bereich von 20 nm Dicke, stören dagegen die Ausbildung der plasmonischen Resonanz in der Nanostruktur. Dünnere Deckschichten können dagegen einen ausreichenden Schutz der Nanostruktur gegebenenfalls nicht mehr gewährleisten, wobei zugleich deren katalytische Aktivität ungenügend sein kann.The cover layer preferably has a thickness of at least 2 nm to at most 15 nm, preferably from at least 5 nm to at most 7 nm, particularly preferably 6 nm. A cover layer with a thickness in this range interferes with the formation of a plasmonic resonance in the nanostructure not, the cover layer on the other hand being thick enough to ensure effective protection of the nanostructure against oxidation and mechanical damage. At the same time, sufficient catalytic activity is provided to provide atomic hydrogen or protons. Thicker cover layers, in particular in the range of 20 nm thickness, interfere with the development of the plasmonic resonance in the nanostructure. Thinner cover layers, on the other hand, may no longer guarantee adequate protection of the nanostructure, and at the same time their catalytic activity may be inadequate.

Weist die Vorrichtung eine Vielzahl von Nanostrukturen auf, sind diese bevorzugt insbesondere bezüglich ihrer charakteristischen Abmessungen, besonders bevorzugt bezüglich aller Abmessungen und geometrischen Merkmale und/oder bezüglich ihres Materials, identisch ausgebildet. Es ist aber auch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung möglich, bei welchem verschiedene Nanostrukturen, insbesondere mit verschiedenen charakteristischen Abmessungen, mit verschiedenen Orientierungen, und/oder mit verschiedenen Materialien miteinander kombiniert werden. Hierdurch ist es möglich, die optischen Eigenschaften der Vorrichtung noch flexibler auch auf verschiedene Wellenlängen und/oder Polarisationen abzustimmen. Dabei können auch verschiedene, komplexe Kombinationen von Nanostrukturen verwirklicht sein, um verschiedene Funktionalitäten, wie beispielsweise schmalere Wellenlängenbänder, oder andere spezifische optische Eigenschaften, zu verwirklichen.If the device has a large number of nanostructures, these are preferably designed to be identical in particular with regard to their characteristic dimensions, particularly preferably with regard to all dimensions and geometric features and / or with regard to their material. However, an exemplary embodiment of the device is also possible in which different nanostructures, in particular with different characteristic dimensions, with different orientations, and / or with different materials are combined with one another. This makes it possible to adapt the optical properties of the device even more flexibly to different wavelengths and / or polarizations. Different, complex combinations of nanostructures can also be realized in order to realize different functionalities, such as narrower wavelength bands or other specific optical properties.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit schaltbaren optischen Eigenschaften mit den Merkmalen des Anspruchs 12 geschaffen wird. Insbesondere wird im Rahmen des Verfahrens eine Vorrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele hergestellt. Im Rahmen des Verfahrens wird eine nanostrukturierte Oberfläche mit wenigstens einer Nanostruktur auf einem Substrat hergestellt, wobei die Nanostruktur ein Material aufweist, das in einem ersten Hydridisierungszustand eine plasmonische Resonanz in einem von einer charakteristischen Abmessung der Nanostruktur abhängigen Wellenlängenbereich zeigt, wobei die plasmonische Resonanz in einem zweiten Hydridisierungszustand des Materials zumindest gedämpft ist, und wobei das Material reversibel von dem ersten in den zweiten Hydridisierungszustand schaltbar ist. Vorzugsweise wird das Material so ausgewählt, dass die plasmonische Resonanz in dem zweiten Hydridisierungszustand vollständig verschwindet. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben wurden.The object is also achieved in that a method for producing a device with switchable optical properties having the features of claim 12 is created. In particular, a device according to one of the exemplary embodiments described above is produced as part of the method. Within the scope of the method, a nanostructured surface with at least one nanostructure is produced on a substrate, the nanostructure having a material which, in a first hydration state, exhibits a plasmonic resonance in a wavelength range dependent on a characteristic dimension of the nanostructure, the plasmonic resonance in a second hydride state of the material is at least damped, and wherein the material is reversibly switchable from the first into the second hydride state. The material is preferably selected such that the plasmonic resonance completely disappears in the second hydration state. In connection with the method there are the advantages that have already been described in connection with the device.

Vorzugsweise wird im Rahmen des Verfahrens ein zu schaltender Wellenlängenbereich ausgewählt. Dabei spricht der Begriff des zu schaltenden Wellenlängenbereichs einen Wellenlängenbereich an, in dem die zu schaltende plasmonische Resonanz oder jedenfalls die Wellenlänge am Maximum der Bande der plasmonischen Resonanz, angeordnet ist. Bevorzugt wird in einem nächsten Schritt ein für den zu schaltenden Wellenlängenbereich geeignetes Material bestimmt. Weiterhin wird vorzugsweise eine passende Geometrie für eine Nanostruktur aus dem Material ausgewählt. Dabei wird bevorzugt insbesondere die charakteristische Abmessung der Nanostruktur festgelegt. Dabei ist es möglich, über die Wahl des Materials sowie der Geometrie und Größe der Nanostruktur flexibel einen schaltbaren Wellenlängenbereich anwendungsspezifisch auszuwählen, und die Vorrichtung entsprechend für die konkret gewünschte Anwendung geeignet auszubilden. Dabei ist nach dem zuvor Ausgeführten offensichtlich, dass der zu schaltende Wellenlängenbereich über einen weiten Bereich flexibel und geeignet angepasst beziehungsweise auf die gewünschte Anwendung abgestimmt werden kann. Es ist also möglich, auf einfache Weise eine passgenaue Vorrichtung mit verwendungsangepassten, schaltbaren optischen Eigenschaften herzustellen.A wavelength range to be switched is preferably selected as part of the method. The term of the wavelength range to be switched speaks one Wavelength range in which the plasmonic resonance to be switched or in any case the wavelength at the maximum of the band of plasmonic resonance is arranged. In a next step, a material suitable for the wavelength range to be switched is preferably determined. Furthermore, a suitable geometry for a nanostructure is preferably selected from the material. In particular, the characteristic dimensions of the nanostructure are preferably established. It is possible, through the choice of the material and the geometry and size of the nanostructure, to flexibly select a switchable wavelength range specifically for the application, and to design the device appropriately for the specific application required. According to what has been said above, it is evident that the wavelength range to be switched can be flexibly and suitably adapted or matched to the desired application over a wide range. It is therefore possible, in a simple manner, to produce a precisely fitting device with use-adapted, switchable optical properties.

Im Rahmen des Verfahrens wird bevorzugt auch eine Anordnung und/oder Zusammenstellung für eine Vielzahl von Nanostrukturen ausgewählt, um die optischen Eigenschaften der Vorrichtung flexibel einzustellen. Dabei ist es insbesondere möglich, dass in Hinblick auf ihre charakteristische Abmessung, ihre sonstigen Abmessungen und/oder ihre Geometrie, ihre Orientierung und/oder ihr Material, verschiedene Nanostrukturen miteinander kombiniert und relativ zueinander derart angeordnet werden, dass bestimmte optische Eigenschaften verwirklicht werden. Hierbei können beispielsweise verschiedene Wellenlängen und/oder Polarisationen für die Vorrichtung erreicht werden. Insbesondere sind verschiedene komplexe Kombinationen von Nanostrukturen möglich, um bestimmte Funktionalitäten wie beispielsweise schmalere Wellenlängenbänder zu verwirklichen. Selbstverständlich ist es im Rahmen des Verfahrens auch möglich, eine Anordnung einer Vielzahl in Hinblick auf ihre charakteristische Abmessung, ihre sonstigen Abmessungen und/oder ihre Geometrie, und/oder in Hinblick auf ihr Material, identischer Nanostrukturen vorzusehen.In the context of the method, an arrangement and / or combination for a plurality of nanostructures is preferably also selected in order to flexibly adjust the optical properties of the device. It is particularly possible that with regard to their characteristic dimensions, their other dimensions and / or their geometry, their orientation and / or their material, different nanostructures are combined with one another and arranged relative to one another in such a way that certain optical properties are realized. Here, for example, different wavelengths and / or polarizations can be achieved for the device. In particular, various complex combinations of nanostructures are possible in order to realize certain functionalities such as narrower wavelength bands. Of course, within the scope of the method it is also possible to provide an arrangement of a large number of nanostructures that are identical in terms of their characteristic dimensions, their other dimensions and / or their geometry, and / or in terms of their material.

Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass eine Maske auf das Substrat aufgebracht wird. Die Maske wird als Negativform der herzustellenden Nanostruktur strukturiert. Anschließend wird das Material oder ein Ausgangsmaterial für die Nanostruktur in die strukturierte Maske eingebracht. Dabei werden insbesondere zuvor bei der Strukturierung der Maske gebildete, ausgesparte Bereiche beziehungsweise Ausnehmungen mit dem Material oder dem Ausgangsmaterial gefüllt. Anschließend wird die Maske entfernt. Es bleibt dann die positive Form des Materials oder des Ausgangsmaterials auf dem Substrat bestehen, wodurch die nanostrukturierte Oberfläche ausgebildet wird.An embodiment of the method is also preferred which is characterized in that a mask is applied to the substrate. The mask is structured as a negative form of the nanostructure to be produced. The material or a starting material for the nanostructure is then introduced into the structured mask. In this case, in particular, recessed areas or recesses previously formed during the structuring of the mask are filled with the material or the starting material. The mask is then removed. The positive shape of the material or of the starting material then remains on the substrate, whereby the nanostructured surface is formed.

Wird das Material in die strukturierte Maske eingebracht, spricht dies insbesondere an, dass dieses bereits in dem ersten Hydridisierungszustand in die Maske eingebracht wird. Es ist alternativ möglich, dass ein Ausgangsmaterial für die Nanostruktur in die strukturierte Maske eingebracht wird, wobei das Ausgangsmaterial noch nicht in dem ersten Hydridisierungszustand vorliegt, sondern beispielsweise in elementarem Zustand. Das Ausgangsmaterial wird dann später in den ersten Hydridisierungszustand gebracht. Vorzugsweise wird auf das Substrat eine Maske aus Polymethylmethacrylat, kurz PMMA, aufgebracht, wobei die Maske durch Elektronenstrahllithographie und anschließendes Entwickeln als Negativform der herzustellenden Nanostruktur strukturiert wird. Diese Vorgehensweise ist als solche bekannt, sodass hier nicht weiter darauf eingegangen wird. Es wird allerdings hervorgehoben, dass das Entwickeln der Maske, welches bevorzugt nasschemisch durchgeführt wird, keinen negativen Einfluss auf die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung hat. Dies zeigt, dass die Vorrichtung sehr stabil auch unter wenig reinen Herstellungsbedingungen funktioniert, wobei durch die hier vorgeschlagene Art der Herstellung eine vergleichsweise große Konzentration von Verunreinigungen auf die nanostrukturierte Oberfläche und auch in das Material der Nanostruktur selbst gelangen kann. Hierauf ist die hier vorgeschlagene Vorrichtung jedoch nicht empfindlich, sodass es für deren Herstellung keiner besonders reinen Bedingungen, insbesondere keiner Herstellung unter Vakuum oder einer Schutzgasatmosphäre bedarf.If the material is introduced into the structured mask, this indicates in particular that it is already introduced into the mask in the first hydration state. As an alternative, it is possible for a starting material for the nanostructure to be introduced into the structured mask, the starting material not yet being in the first hydration state but, for example, in the elemental state. The starting material is then later brought into the first hydration state. A mask made of polymethyl methacrylate, or PMMA for short, is preferably applied to the substrate, the mask being structured as a negative form of the nanostructure to be produced by electron beam lithography and subsequent development. This procedure is known as such, so it will not be discussed further here. It is emphasized, however, that the development of the mask, which is preferably carried out using a wet chemical process, does not have any negative influence on the functionality of the device. This shows that the device functions very stably even under poorly clean production conditions, with the type of production proposed here allowing a comparatively high concentration of impurities to get onto the nanostructured surface and also into the material of the nanostructure itself. However, the device proposed here is not sensitive to this, so that no particularly clean conditions, in particular no manufacture under vacuum or a protective gas atmosphere, are required for its manufacture.

Dabei zeigt sich, dass auch das Entfernen der Maske bevorzugt nasschemisch durchgeführt wird, wobei auch hierdurch die Funktionsweise der Vorrichtung nicht beeinträchtigt wird.It turns out that the removal of the mask is also preferably carried out wet-chemically, the functionality of the device not being impaired by this either.

Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass ein Ausgangsmaterial für die Nanostruktur in die strukturierte Maske eingebracht wird, wobei das Ausgangsmaterial anschließend - vorzugsweise nach Entfernen der Maske - in den ersten Hydridisierungszustand umgewandelt wird. Beispielsweise ist es möglich, dass dem Ausgangsmaterial Wasserstoff zugeführt wird, um es in den ersten Hydridisierungszustand umzuwandeln. Besonders bevorzugt wird elementares Yttrium als Ausgangsmaterial in die strukturierte Maske einbracht, wobei das Yttrium - vorzugsweise nach Entfernen der Maske - durch Zugabe von Wasserstoff in das Material in seinem ersten Hydridisierungszustand, nämlich Yttriumdihydrid, umgewandelt wird. Bevorzugt wird das elementare Yttrium zur Umwandlung zu Yttriumdihydrid mit einem Gemisch aus 4 Vol-% Wasserstoff in Stickstoff für 10 min beaufschlagt. Selbstverständlich ist auch ein Gemisch von Wasserstoff mit einem anderen Schutzgas, beispielsweise einem Edelgas, insbesondere Argon, einem anderen inerten Gas, beispielsweise Kohlendioxid, oder auch ein Gemisch von Wasserstoff mit Luft möglich. Ein Sauerstoffausschluss wird insoweit lediglich aus Gründen der Explosionsgefahr bevorzugt.An embodiment of the method is preferred which is characterized in that a starting material for the nanostructure is introduced into the structured mask, the starting material then - preferably after removal of the mask - being converted into the first hydration state. For example, it is possible that hydrogen is supplied to the starting material in order to convert it into the first hydration state. Elemental yttrium is particularly preferably introduced into the structured mask as the starting material, the yttrium - preferably after removal of the mask - being converted into the material in its first hydration state, namely yttrium dihydride, by adding hydrogen. The elemental yttrium is preferred for conversion to yttrium dihydride with a mixture of 4% by volume of hydrogen in Nitrogen applied for 10 min. Of course, a mixture of hydrogen with another protective gas, for example a noble gas, in particular argon, another inert gas, for example carbon dioxide, or a mixture of hydrogen with air is also possible. Exclusion of oxygen is only preferred for reasons of the risk of explosion.

Das Material oder das Ausgangsmaterial werden vorzugsweise durch elektronenstrahlunterstützte Verdampfung in die Dampfphase überführt und so auf die strukturierte Maske aufgedampft. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Material oder das Ausgangsmaterial durch thermisches Verdampfen, durch Sputtern oder in anderer geeigneter Weise in die Dampfphase überführt und so auf die strukturierte Maske aufgedampft wird.The material or the starting material are preferably converted into the vapor phase by electron beam-assisted evaporation and thus evaporated onto the structured mask. Alternatively or in addition, it is possible for the material or the starting material to be converted into the vapor phase by thermal evaporation, by sputtering or in another suitable manner and thus to be evaporated onto the structured mask.

Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass eine Deckschicht auf das Material oder das Ausgangsmaterial aufgebracht wird. Vorzugsweise wird die Deckschicht aufgedampft, insbesondere mittels elektronenstrahlunterstützter Verdampfung. Besonders bevorzugt wird eine Platindeckschicht aufgebracht. Das Aufbringen der Deckschicht wird vorzugsweise nach dem Aufbringen des Materials oder des Ausgangsmaterials und vor dem Entfernen der Maske durchgeführt, insbesondere ohne das für die vorhergehenden Schritte notwendige Vakuum zu brechen.An embodiment of the method is also preferred which is characterized in that a cover layer is applied to the material or the starting material. The cover layer is preferably vapor-deposited, in particular by means of electron-beam-assisted vaporization. A platinum cover layer is particularly preferably applied. The cover layer is preferably applied after the material or the starting material has been applied and before the mask is removed, in particular without breaking the vacuum required for the preceding steps.

Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei der zunächst eine Maske aus PMMA auf einem Quarzglassubstrat angeordnet wird, wobei die PMMA-Maske anschließend durch Elektronenstrahllithographie strukturiert und entwickelt wird. Anschließend wird Yttrium mittels elektronenstrahlunterstützter Verdampfung auf die strukturierte Maske aufgedampft. Vorzugsweise wird anschließend Platin aufgedampft, sodass eine Platinschicht auf dem Yttrium gebildet wird. Schließlich wird die Maske entfernt, und das elementare Yttrium wird Wasserstoff ausgesetzt, um es in den ersten Hydridisierungszustand zu überführen, sodass es anschließend als Yttriumdihydrid vorliegt.An embodiment of the method is preferred in which a mask made of PMMA is first arranged on a quartz glass substrate, the PMMA mask then being structured and developed by electron beam lithography. Then yttrium is evaporated onto the structured mask by means of electron beam-assisted evaporation. Platinum is then preferably vapor-deposited so that a platinum layer is formed on the yttrium. Finally, the mask is removed and the elemental yttrium is exposed to hydrogen in order to convert it to the first hydration state so that it is then present as yttrium dihydride.

Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Verwendung einer Vorrichtung mit optisch schaltbaren Eigenschaften mit den Merkmalen des Anspruchs 16 geschaffen wird. Dabei betrifft die Verwendung insbesondere eine Vorrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele, oder eine Vorrichtung, die hergestellt ist in einem Verfahren nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Dabei verwirklichen sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Vorrichtung und dem Verfahren beschrieben wurden.Finally, the object is also achieved by using a device with optically switchable properties with the features of claim 16. The use relates in particular to a device according to one of the exemplary embodiments described above, or a device which is produced in a method according to one of the embodiments described above. The advantages that have already been described in connection with the device and the method are thereby realized.

Eine Verwendung einer Vorrichtung sieht vor, dass diese als schaltbarer optischer Filter verwendet wird. Insbesondere ist es möglich, dass die Vorrichtung als schaltbarer Infrarotfilter verwendet wird. Eine besonders bevorzugte Verwendung sieht vor, dass die Vorrichtung als Brillenfilter, insbesondere als militärischer Brillenfilter, beispielsweise für die Anwendung in Nachtsichtgeräten oder anderweitig zur Filterung von IR-Strahlung, eingesetzt wird. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung miniaturisiert wird, wozu insbesondere eine elektrochemische Quelle als Quelle für atomaren Wasserstoff oder Protonen vorgesehen sein kann. Es erübrigt sich dann auch das Mitführen einer Wasserstoff enthaltenden Gasflasche, vielmehr muss die Vorrichtung ausschließlich mit einer Spannungsquelle verbunden sein, wozu beispielsweise eine Batterie vorgesehen sein kann.One use of a device provides that it is used as a switchable optical filter. In particular, it is possible for the device to be used as a switchable infrared filter. A particularly preferred use provides that the device is used as a glasses filter, in particular as a military glasses filter, for example for use in night vision devices or otherwise for filtering IR radiation. It is particularly advantageous if the device is miniaturized, for which purpose an electrochemical source can be provided as a source for atomic hydrogen or protons. It is then also unnecessary to carry a hydrogen-containing gas bottle; rather, the device must be connected exclusively to a voltage source, for which a battery can be provided, for example.

Die plasmonische Resonanz der wenigstens einen Nanostruktur führt bei Bestrahlung mit auf die plasmonische Resonanz abgestimmter Wellenlänge zu einer Konzentration elektromagnetischer Energie in der unmittelbaren Nachbarschaft der Nanostruktur. Diese Energie kann genutzt werden, um lokal chemische Reaktionen auszulösen, insbesondere indem lokal Aktivierungsenergie in Form der konzentrierten elektromagnetischen Strahlung bereitgestellt wird. Aus diesem Grund wird auch eine Verwendung der Vorrichtung in einem lokal ansteuerbaren chemischen Reaktor bevorzugt, bei welchem die optischen Eigenschaften der Vorrichtung bedarfsgerecht geschaltet werden können, um entweder die Reaktion lokal durch plasmonische Resonanz und eine damit verbundene Energiekonzentration zu starten, oder aber ein Starten der Reaktion lokal durch Verhinderung beziehungsweise Abschalten der plasmonischen Resonanz zu stoppen beziehungsweise eine hinreichende Energiezufuhr für einen Reaktionsstart zu unterbinden.The plasmonic resonance of the at least one nanostructure leads to a concentration of electromagnetic energy in the immediate vicinity of the nanostructure when irradiated with a wavelength tuned to the plasmonic resonance. This energy can be used to trigger local chemical reactions, in particular by providing local activation energy in the form of concentrated electromagnetic radiation. For this reason, it is also preferred to use the device in a locally controllable chemical reactor in which the optical properties of the device can be switched as required in order to either start the reaction locally by plasmonic resonance and an associated energy concentration, or start the To stop the reaction locally by preventing or switching off the plasmonic resonance or by preventing a sufficient supply of energy to start the reaction.

Bevorzugt wird auch eine Verwendung der Vorrichtung als optisches Schaltelement, insbesondere für einen integrierten Schaltkreis, ganz besonders einen integrierten Nanoschaltkreis. Ein solches Schaltelement ist bevorzugt im Telekommunikationsbereich und allgemein bei der optischen Nachrichtenübermittlung einsetzbar.It is also preferred to use the device as an optical switching element, in particular for an integrated circuit, very particularly an integrated nano circuit. Such a switching element can preferably be used in the telecommunications sector and generally in optical communication.

Bevorzugt wird auch eine Verwendung der Vorrichtung als Einrichtung mit schaltbarer plasmonisch induzierter Transparenz (switchable plasmonically induced transparency - EIT). Dabei wird bevorzugt eine Mehrzahl von Nanostrukturen so relativ zueinander angeordnet, dass ein Dipol mit einem Quadrupol koppelt. Beispielsweise ist es möglich, dass auf der nanostrukturierten Oberfläche drei stabförmige Nanostrukturen so relativ zueinander angeordnet sind, dass zwei Nanostrukturen parallel zueinander ausgerichtet sind, während eine dritte Nanostruktur senkrecht zu und stirnseitig vor den beiden parallelen Nanostrukturen angeordnet ist, sodass quasi eine U-förmige Struktur - allerdings mit zueinander beabstandeten Nanostrukturen - entsteht. Bei elektromagnetischer Anregung bilden die beiden parallel zueinander orientierten Nanostrukturen einen Quadrupol, während die senkrecht hierzu orientierte Nanostruktur einen Dipol ausbildet, wobei der Dipol mit dem Quadrupol koppelt. Dadurch ergibt sich eine Retardation für elektromagnetische Wellen im spektralen Bereich der plasmonischen Anregung der Nanostruktur-Anordnung. Ein solcher schaltbarer nanoplasmonischer Retarder - auch als Phasenplatte bezeichnet - ist besonders geeignet für einen Einsatz in Telekommunikationsanwendungen. In analoger Weise ist auch ein Absorber auf der Grundlage der schaltbaren plasmonischen elektromagnetisch induzierten Transparenz ausbildbar.Use of the device as a device with switchable plasmonically induced transparency (switchable plasmonically induced transparency - EIT) is also preferred. A plurality of nanostructures are preferably arranged relative to one another in such a way that a dipole couples with a quadrupole. For example, it is possible that three rod-shaped nanostructures are arranged relative to one another on the nanostructured surface in such a way that two nanostructures are aligned parallel to one another, while a third nanostructure is arranged perpendicular to and frontally in front of the two parallel nanostructures, so that a quasi U-shaped structure - albeit with spaced apart nanostructures - is created. In the event of electromagnetic excitation, the two nanostructures oriented parallel to one another form a quadrupole, while the nanostructure oriented perpendicular to this forms a dipole, the dipole coupling with the quadrupole. This results in a retardation for electromagnetic waves in the spectral range of the plasmonic excitation of the nanostructure arrangement. Such a switchable nanoplasmonic retarder - also referred to as a phase plate - is particularly suitable for use in telecommunications applications. An absorber based on the switchable plasmonic, electromagnetically induced transparency can also be designed in an analogous manner.

Eine solche Vorrichtung kann Nanostrukturen aufweisen, die alle aus demselben Material gebildet sind beziehungsweise dasselbe Material aufweisen. Es ist aber auch möglich, verschiedene Materialien miteinander zu kombinieren. Beispielsweise ist es möglich, dass sowohl die beiden parallel zueinander orientierten, stabförmigen Nanostrukturen als auch die senkrecht hierzu orientierte Nanostruktur Yttrium beziehungsweise Yttriumdihydrid als Material aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die senkrechte Nanostruktur oder die beiden parallelen Nanostrukturen Gold aufweisen, während die jeweils andere Nanostruktur oder die jeweils anderen Nanostrukturen Yttrium oder Yttriumdihydrid aufweisen.Such a device can have nanostructures which are all formed from the same material or have the same material. But it is also possible to combine different materials with one another. For example, it is possible for both the two rod-shaped nanostructures, which are oriented parallel to one another, and the nanostructure, which is oriented perpendicular thereto, to have yttrium or yttrium dihydride as material. However, it is also possible that the vertical nanostructure or the two parallel nanostructures have gold, while the other nanostructure or the other nanostructures in each case have yttrium or yttrium dihydride.

In diesem Sinne wird auch eine Verwendung der Vorrichtung als optische Verzögerungsplatte oder optischer Retarder bevorzugt, wie zuvor beschrieben. Auch wird eine Verwendung der Vorrichtung als Phasenschieber bevorzugt. Weiterhin wird eine Verwendung der Vorrichtung als optischer Modulator bevorzugt.In this sense, use of the device as an optical retardation plate or optical retarder is also preferred, as described above. Use of the device as a phase shifter is also preferred. Use of the device as an optical modulator is also preferred.

Wie angedeutet, wird die Vorrichtung bevorzugt in Telekommunikationsanwendungen eingesetzt. Dabei betragen typische für die Telekommunikation verwendete Wellenlängen zwischen 1,2 µm und 1,7 µm. Die Vorrichtung ist dabei ohne weiteres in ihren optischen Eigenschaften auf diesen Wellenlängenbereich - insbesondere durch entsprechende Ausbildung der charakteristischen Abmessung der Nanostruktur - abstimmbar.As indicated, the device is preferably used in telecommunications applications. Typical wavelengths used for telecommunications are between 1.2 µm and 1.7 µm. The optical properties of the device can easily be adapted to this wavelength range, in particular by appropriate design of the characteristic dimensions of the nanostructure.

Auch eine Verwendung der Vorrichtung als optischer Absorber, insbesondere als perfekter, schaltbarer optischer Absorber, wird bevorzugt. Dabei zeichnet sich ein perfekter Absorber durch eine Absorption von nahezu 100 % für eine spezifische Wellenlänge aus. Vorzugsweise weist die als perfekter, schaltbarer optischer Absorber ausgebildete oder verwendete Vorrichtung eine Absorption von mindestens 95 %, besonders bevorzugt von mindestens 99 % auf. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines solchen perfekten Absorbers weist ein zweischichtiges Substrat auf, welches eine erste, spiegelnde Schicht, vorzugsweise aus Metall, aufweist, wobei auf der ersten Schicht eine zweite, dielektrische Schicht, angeordnet ist. Auf der dielektrischen Schicht ist die nanostrukturierte Oberfläche mit der wenigstens einen Nanostruktur angeordnet. Vorzugsweise besteht die erste Schicht aus Gold, wobei die zweite Schicht aus Magnesiumfluorid (MgF2) besteht. Als Material für die wenigstens eine Nanostruktur wird bevorzugt Yttriumdihydrid verwendet. Die Wellenlänge, für welche der perfekte Absorber nahezu 100 % Absorption aufweist, kann zum einen durch die Geometrie der wenigstens einen Nanostruktur und zum anderen durch eine Variation der Dicke der zweiten, dielektrischen Schicht, eingestellt werden. Dabei ist der perfekte Absorber schaltbar, weil er nur in dem ersten Hydridisierungszustand des Materials der Nanostruktur tatsächlich absorbiert, während er in dem zweiten Hydridisierungszustand vorzugsweise spiegelnde Eigenschaften aufgrund der ersten, metallischen Schicht des Substrats, aufweist.Use of the device as an optical absorber, in particular as a perfect, switchable optical absorber, is also preferred. A perfect absorber is characterized by an absorption of almost 100% for a specific wavelength. The device designed or used as a perfect, switchable optical absorber preferably has an absorption of at least 95%, particularly preferably of at least 99%. A preferred embodiment of such a perfect absorber has a two-layer substrate which has a first, reflective layer, preferably made of metal, a second, dielectric layer being arranged on the first layer. The nanostructured surface with the at least one nanostructure is arranged on the dielectric layer. The first layer preferably consists of gold, with the second layer consisting of magnesium fluoride (MgF 2 ). Yttrium dihydride is preferably used as the material for the at least one nanostructure. The wavelength for which the perfect absorber has almost 100% absorption can be set on the one hand by the geometry of the at least one nanostructure and on the other hand by varying the thickness of the second, dielectric layer. The perfect absorber can be switched because it actually only absorbs in the first hydration state of the material of the nanostructure, while in the second hydration state it preferably has reflective properties due to the first, metallic layer of the substrate.

Ganz allgemein wird eine Verwendung der Vorrichtung als nanooptische Komponente bevorzugt.Use of the device as a nano-optical component is very generally preferred.

Schließlich wird noch eine Verwendung der Vorrichtung als Wasserstoff-Detektor bevorzugt. Hierbei ist die Anwesenheit von Wasserstoff ohne weiteres über das Verschwinden der plasmonischen Resonanz feststellbar. Ist kein Wasserstoff vorhanden, liegt das Material der Nanostruktur in dem ersten Hydridisierungszustand vor, sodass die plasmonische Resonanz beobachtet werden kann. Unter Wasserstoffeinfluss wird das Material in den zweiten Hydridisierungszustand umgewandelt, sodass keine plasmonische Resonanz mehr beobachtet werden kann. Auf diese Weise ist Wasserstoff sicher und zuverlässig mit hoher Genauigkeit detektierbar.Finally, use of the device as a hydrogen detector is also preferred. The presence of hydrogen can easily be determined by the disappearance of the plasmonic resonance. If no hydrogen is present, the material of the nanostructure is in the first state of hydration, so that the plasmonic resonance can be observed. Under the influence of hydrogen, the material is converted into the second hydration state, so that no plasmonic resonance can be observed. In this way, hydrogen can be detected safely and reliably with high accuracy.

Die Beschreibung der Vorrichtung, des Verfahrens und der Verwendung sind jeweils komplementär zueinander zu verstehen. Dabei sind insbesondere Verfahrensschritte, die in Zusammenhang mit der Vorrichtung oder der Verwendung beschrieben wurden, Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Vorrichtungsmerkmale, die in Zusammenhang mit dem Verfahren und der Verwendung beschrieben wurden, sind Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung. Die Vorrichtung zeichnet sich vorzugsweise durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Schritt des Verfahrens oder durch ein Merkmal der Verwendung bedingt ist. Umgekehrt zeichnet sich eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch ein Merkmal der Vorrichtung bedingt ist.The description of the device, the method and the use are to be understood as complementary to one another. In particular, method steps that have been described in connection with the device or the use are steps of a preferred embodiment of the method. Device features which have been described in connection with the method and the use are features of a preferred exemplary embodiment of the device. The device is preferably characterized by at least one feature which is caused by at least one step of the method or by a feature of the use. Conversely, one embodiment of the method is preferably characterized by at least one method step due to a feature of the device.

Nicht zuletzt wird im Rahmen der Erfindung auch ein schaltbarer optischer Filter, insbesondere ein schaltbarer Brillenfilter, bevorzugt, der ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung aufweist. Alternativ ist die Vorrichtung bevorzugt als schaltbarer optischer Filter, insbesondere als schaltbarer Brillenfilter, ausgebildet. Entsprechend werden auch ein lokal ansteuerbarer chemischer Reaktor, ein Schaltelement, insbesondere für einen integrierten Schaltkreis, eine schaltbare plasmonische Vorrichtung mit elektromagnetisch induzierter Transparenz, ein optischer Retarder, ein optischer Absorber, insbesondere ein perfekter, schaltbarer optischer Absorber, sowie ein Wasserstoffdetektor als Ausführungsbeispiele der Vorrichtung bevorzugt.Last but not least, within the scope of the invention, a switchable optical filter, in particular a switchable glasses filter, is preferred which has an exemplary embodiment of the device. Alternatively, the device is preferably designed as a switchable optical filter, in particular as a switchable glasses filter. Accordingly, a locally controllable chemical reactor, a switching element, in particular for an integrated circuit, a switchable plasmonic device with electromagnetically induced transparency, an optical retarder, an optical absorber, in particular a perfect, switchable optical absorber, and a hydrogen detector are also used as embodiments of the device prefers.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

  • 1 eine schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung mit schaltbaren optischen Eigenschaften in Seitenansicht;
  • 2 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung;
  • 3 eine diagrammatische Darstellung eines Extinktionsspektrums in dem ersten Hydridisierungszustand und in dem zweiten Hydridisierungszustand der Vorrichtung, und
  • 4 eine diagrammatische Darstellung einer Abhängigkeit des Maximums einer plasmonischen Resonanzbande von einer charakteristischen Abmessung der Vorrichtung.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show:
  • 1 a schematic partial representation of an embodiment of a device with switchable optical properties in side view;
  • 2 a schematic plan view of the device;
  • 3 a diagrammatic representation of an extinction spectrum in the first hydration state and in the second hydration state of the device, and
  • 4th a diagrammatic representation of a dependence of the maximum of a plasmonic resonance band on a characteristic dimension of the device.

1 zeigt eine schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 mit schaltbaren optischen Eigenschaften in Seitenansicht. Die Vorrichtung 1 weist eine nanostrukturierte Oberfläche 3 auf, die ihrerseits eine Nanostruktur 5, vorzugsweise eine Vielzahl solcher Nanostrukturen 5 aufweist. Die Nanostruktur 5 ist hier stabförmig, insbesondere quaderförmig ausgebildet. Sie weist eine charakteristische Abmessung auf, welche hier die Länge I der quaderförmigen Nanostruktur 5 ist. 1 shows a schematic partial representation of an embodiment of a device 1 with switchable optical properties in side view. The device 1 has a nano-structured surface 3 on, which in turn has a nanostructure 5 , preferably a multitude of such nanostructures 5 having. The nanostructure 5 is here rod-shaped, in particular cuboid. It has a characteristic dimension, which here is the length I of the cuboid nanostructure 5 is.

Die Nanostruktur 5 ist auf einem Substrat 7 angeordnet, hier konkret auf einer Substrat-Oberfläche 9 des Substrats 7.The nanostructure 5 is on a substrate 7th arranged, here specifically on a substrate surface 9 of the substrate 7th .

Die Nanostruktur 5 weist eine Höhe hNS über der Substrat-Oberfläche 9 sowie eine nur in 2 dargestellte Breite b auf, wobei die Breite b senkrecht zu der Richtung der Länge I und der Höhe hNS gemessen wird.The nanostructure 5 has a height h NS above the substrate surface 9 as well as one only in 2 width b shown, the width b being measured perpendicular to the direction of the length I and the height h NS .

Die charakteristische Abmessung, hier die Länge I, beträgt mindestens 100 nm, vorzugsweise mindestens 200 nm. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung beträgt die Breite b der Nanostruktur 160 nm, wobei die Höhe hNS 50 nm beträgt. Die Länge I beträgt insbesondere von mindestens 100 nm bis höchstens 500 nm, bevorzugt von mindestens 290 nm bis höchstens 400 nm. Bevorzugt beträgt die Länge I 290 nm, 320 nm, 335 nm, 355 nm, oder 385 nm. Dabei ändert sich bei festgehaltener Breite und Höhe der Nanostruktur 5 durch Variation der Länge I als charakteristische Abmessung die spektrale Lage eines Maximums einer plasmonischen Resonanzbande, die insbesondere auf diese Weise auf eine gewünschte Verwendung der Vorrichtung abgestimmt werden kann. Weist die Vorrichtung eine Vielzahl von Nanostrukturen 5 auf, sind diese bevorzugt identisch ausgebildet, wobei sie insbesondere identische Abmessungen aufweisen und besonders bevorzugt periodisch auf der Substrat-Oberfläche 9 verteilt angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, dass verschiedene Nanostrukturen gemeinsam zu einer übergeordneten Nanostruktur gruppiert sind, wobei bevorzugt auf der Substrat-Oberfläche dann eine Vielzahl solcher übergeordneter Nanostrukturen - insbesondere periodisch - angeordnet sind. Eine periodische Anordnung der Nanostrukturen ist dabei nicht zwingend erforderlich, solange gewährleistet ist, dass die einzelnen Nanostrukturen sich nicht gegenseitig beeinflussen, wobei insbesondere Interferenzen und/oder eine Verschiebung der spektralen Lage des Maximums der plasmonischen Resonanzbande vermieden werden soll/sollen. Insoweit ist die Anordnung der verschiedenen Nanostrukturen 5 zueinander vorzugsweise kontrolliert. Dabei ist eine periodische Anordnung besonders einfach herstellbar, wobei insbesondere in besonders einfacher Weise ein Abstand zwischen den verschiedenen Nanostrukturen kontrollierbar ist. Zusätzlich gewährleistet eine periodische Anordnung ein besonders homogenes und starkes Signal für die Vorrichtung 1.The characteristic dimension, here the length I, is at least 100 nm, preferably at least 200 nm. In a preferred exemplary embodiment of the device, the width b of the nanostructure is 160 nm, the height h NS being 50 nm. The length I is in particular from at least 100 nm to at most 500 nm, preferably from at least 290 nm to at most 400 nm. Preferably, the length I is 290 nm, 320 nm, 335 nm, 355 nm, or 385 nm Width and height of the nanostructure 5 by varying the length I as the characteristic dimension, the spectral position of a maximum of a plasmonic resonance band, which in particular can be matched in this way to a desired use of the device. The device exhibits a variety of nanostructures 5 on, these are preferably formed identically, in particular having identical dimensions and particularly preferably periodically on the substrate surface 9 are arranged distributed. However, it is also possible for various nanostructures to be grouped together to form a superordinate nanostructure, with a plurality of such superordinate nanostructures then preferably being arranged - in particular periodically - on the substrate surface. A periodic arrangement of the nanostructures is not absolutely necessary, as long as it is ensured that the individual nanostructures do not mutually influence each other, in particular interference and / or a shift in the spectral position of the maximum of the plasmonic resonance band should / should be avoided. To that extent is the arrangement of the various nanostructures 5 each other preferably controlled. A periodic arrangement is particularly easy to produce, with a distance between the various nanostructures being able to be controlled in a particularly simple manner. In addition, a periodic arrangement ensures a particularly homogeneous and strong signal for the device 1 .

Die Nanostruktur 5 weist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel nur auf einer der Substrat-Oberfläche 9 abgewandten Nanostruktur-Oberfläche 11 eine Deckschicht 13 auf, welche die Nanostruktur 5 im Bereich der Nanostruktur-Oberfläche 11 zum einen vor Oxidation und zum anderen vor mechanischer Beschädigung schützt. Seitenflächen der Nanostruktur 5, die schräg, insbesondere senkrecht zu der Substrat-Oberfläche 9 orientiert sind, weisen hier keine Deckschicht auf, sondern sind vielmehr frei von der Deckschicht 13. Hier ist insoweit ein Material 15 der Nanostruktur 5 exponiert.The nanostructure 5 points to the in 1 illustrated embodiment only on one of the substrate surface 9 facing away from the nanostructure surface 11 a top layer 13 on which the nanostructure 5 in the area of the nanostructure surface 11 on the one hand against oxidation and on the other hand against mechanical damage. Side faces of the nanostructure 5 that is inclined, in particular perpendicular to the substrate surface 9 are oriented do not have a cover layer here, but rather are free of the cover layer 13 . Here is some material on that 15th the nanostructure 5 exposed.

Das Material 15 weist in einem ersten Hydridisierungszustand eine plasmonische Resonanz in einem von der charakteristischen Abmessung, hier der Länge I, abhängigen Wellenlängenbereich auf, wobei diese plasmonische Resonanz in einem zweiten Hydridisierungszustand des Materials 15 zumindest gedämpft ist, vorzugsweise vollständig verschwindet. Das Material 15 ist dabei reversibel von dem ersten in den zweiten Hydridisierungszustand schaltbar. Dabei weist das Material in dem zweiten Hydridisierungszustand einen höheren Wasserstoffgehalt auf als in dem ersten Hydridisierungszustand, wobei es möglich ist, dass das Material 15 in dem ersten Hydridisierungszustand keinen Wasserstoff aufweist.The material 15th has, in a first hydration state, a plasmonic resonance in a wavelength range that is dependent on the characteristic dimension, here length I, this plasmonic resonance in a second State of hydration of the material 15th is at least attenuated, preferably disappears completely. The material 15th is reversibly switchable from the first to the second hydration state. The material in the second hydration state has a higher hydrogen content than in the first hydration state, it being possible that the material 15th has no hydrogen in the first hydration state.

Bevorzugt weist das hier dargestellte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 Yttriumdihydrid (YH2) als Material 15 auf. Dabei entspricht dies dem ersten Hydridisierungszustand. Unter Wasserstoffzufuhr reagiert Yttriumdihydrid zu Yttriumtrihydrid (YH3-x mit x = 0,01 bis 0,3), wobei dieser Zustand der Einfachheit wegen als Trihydrid-Zustand (YH3) bezeichnet wird.The exemplary embodiment of the device shown here preferably has 1 Yttrium dihydride (YH 2 ) as a material 15th on. This corresponds to the first hydration state. When hydrogen is supplied, yttrium dihydride reacts to yttrium trihydride (YH 3-x with x = 0.01 to 0.3), this state being referred to as the trihydride state (YH 3 ) for the sake of simplicity.

Bevorzugt weist das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel als Deckschicht 13 Platin auf. Eine Höhe hDS der Deckschicht 13 über der Nanostruktur-Oberfläche 11 beträgt vorzugsweise 6 nm.Preferably the in 1 illustrated embodiment as a cover layer 13 Platinum on. A height h DS of the top layer 13 over the nanostructure surface 11 is preferably 6 nm.

Das Substrat 7 besteht bevorzugt aus Glas, insbesondere aus Quarzglas.The substrate 7th consists preferably of glass, in particular of quartz glass.

Besteht die Deckschicht 13 aus Platin, ist sie gleichzeitig ausgebildet als Quelle für atomaren Wasserstoff, wobei Platin ein Katalysatormaterial darstellt, welches die Umwandlung von molekularem Wasserstoff in atomaren Wasserstoff katalysiert. Daher ist die Deckschicht 13 geeignet, in der Umgebung der Nanostruktur 5 anwesenden, molekularen Wasserstoff in atomaren Wasserstoff umzuwandeln, der dann schließlich mit dem Material 15 reagiert, sodass dieses in Anwesenheit von Wasserstoff von dem ersten Hydridisierungszustand in den zweiten Hydridisierungszustand umgewandelt wird. Diese Umwandlung ist vollständig reversibel, sodass bei Abwesenheit von Wasserstoff, beispielsweise durch Ausschalten der Wasserstoffzufuhr oder auch durch aktives Entfernen des Wasserstoffs, beispielsweise durch Abpumpen oder durch (elektro)chemischen Abbau, insbesondere in einer elektrochemischen Zelle, das Material 15 wiederum von dem zweiten Hydridisierungszustand in den ersten Hydridisierungszustand umgewandelt wird.Passes the top layer 13 made of platinum, it is also designed as a source of atomic hydrogen, with platinum being a catalyst material which catalyzes the conversion of molecular hydrogen into atomic hydrogen. Hence the top layer 13 suitable in the vicinity of the nanostructure 5 present to convert molecular hydrogen into atomic hydrogen, which is then finally with the material 15th reacts so that this is converted in the presence of hydrogen from the first hydride state to the second hydride state. This conversion is completely reversible, so that in the absence of hydrogen, for example by switching off the hydrogen supply or also by actively removing the hydrogen, for example by pumping out or by (electro) chemical degradation, in particular in an electrochemical cell, the material 15th in turn is converted from the second hydration state to the first hydration state.

Die nicht mit der Deckschicht 13 versehenen Seitenflächen der Nanostruktur 5 werden typischerweise unter Sauerstoffeinfluss oxidiert. Dabei bildet sich bevorzugt eine wenige Nanometer dicke Oxidschicht, beispielsweise mit einer Dicke von 3 nm. Die Oxidschicht weist bei dem hier diskutierten bevorzugten Ausführungsbeispiel vorzugsweise die Summenformel Y2O3 auf.The ones not with the top layer 13 provided side surfaces of the nanostructure 5 are typically oxidized under the influence of oxygen. An oxide layer a few nanometers thick, for example with a thickness of 3 nm, is preferably formed. In the preferred exemplary embodiment discussed here, the oxide layer preferably has the empirical formula Y 2 O 3 .

2 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung 1 in Draufsicht. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei zeigt sich, dass hier eine Vielzahl von identischen Nanostrukturen 5 periodisch in Form eines zweidimensionalen Gitters auf der Substrat-Oberfläche 9 verteilt angeordnet ist. Der besseren Übersichtlichkeit wegen ist nur eine der Nanostrukturen 5 mit dem Bezugszeichen 5 gekennzeichnet. Die Gitterstruktur der Nanostrukturen 5 auf der Substrat-Oberfläche 9 setzt sich bevorzugt über die gesamte Substrat-Oberfläche 9 periodisch fort. Alternativ ist aber auch eine quasi periodische oder anderweitig kontrollierte Anordnung der Nanostrukturen 5 möglich. 2 shows a schematic representation of the device 1 in plan view. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols, so that in this respect reference is made to the preceding description. It turns out that here a large number of identical nanostructures 5 periodically in the form of a two-dimensional grid on the substrate surface 9 is arranged distributed. For the sake of clarity, there is only one of the nanostructures 5 with the reference number 5 marked. The lattice structure of the nanostructures 5 on the substrate surface 9 preferably settles over the entire substrate surface 9 periodically continued. Alternatively, however, there is also a quasi-periodic or otherwise controlled arrangement of the nanostructures 5 possible.

Dabei ist oben links in 2 schematisch durch punktierte Grenzen eine Elementarzelle 17 der zweidimensionalen Gitterstruktur eingezeichnet, die genau eine Nanostruktur 5 aufweist. In üblicher Weise kann die gesamte periodische Struktur durch Translation der Elementarzelle 17 entlang der Waagerechten sowie der Senkrechten in 2 erhalten werden. Dabei zeigt sich, dass die Gitterstruktur eine Periode Px in hier als x-Richtung bezeichneter, waagerechter Richtung sowie eine Periode Py in hier als y-Richtung bezeichneter, senkrechter Richtung in der Bildebene von 2 aufweist. Ein Wert für wenigstens eine der Perioden Px und Py beträgt bevorzugt mindestens 200 nm. Ein bevorzugter Bereich für die Periode Px und/oder die Periode Py beträgt von mindestens 400 nm bis höchstens 700 nm. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Perioden Px und Py gleich, besonders bevorzugt betragen sie beide 400 nm. Es ist aber auch ein Ausführungsbeispiel möglich, bei welchem die Periode Px 700 nm beträgt, wobei die Periode Py 400 nm beträgt.The top left is in 2 schematically a unit cell by dotted borders 17th the two-dimensional lattice structure is drawn, which is exactly one nanostructure 5 having. In the usual way, the entire periodic structure can be created by translation of the unit cell 17th along the horizontal as well as the vertical in 2 can be obtained. This shows that the lattice structure has a period P x in the horizontal direction, referred to here as the x-direction, and a period P y in the vertical direction, referred to here as the y-direction, in the image plane of 2 having. A value for at least one of the periods P x and P y is preferably at least 200 nm. A preferred range for the period P x and / or the period P y is from at least 400 nm to at most 700 nm. In a preferred exemplary embodiment, the periods are P x and P y are the same, particularly preferably they are both 400 nm. However, an exemplary embodiment is also possible in which the period P x is 700 nm, the period P y being 400 nm.

Wird bei festgehaltenen Perioden Px und Py die charakteristische Abmessung, hier die Länge I, variiert, steigt ein Füllungsfaktor der nanostrukturierten Oberfläche 3, wobei die Nanostrukturen 5 einen größeren Anteil der Substrat-Oberfläche 9 ausfüllen. Dieser Effekt kann zusätzlich zu der Variation der charakteristischen Abmessung zu einer Verschiebung der plasmonischen Resonanz der Nanostrukturen 5 beitragen beziehungsweise hierzu gezielt eingesetzt werden.If the characteristic dimension, here the length I, is varied while the periods P x and P y are fixed, a filling factor of the nanostructured surface increases 3 , being the nanostructures 5 a larger proportion of the substrate surface 9 to complete. In addition to the variation of the characteristic dimension, this effect can lead to a shift in the plasmonic resonance of the nanostructures 5 contribute or be used specifically for this purpose.

3 zeigt eine diagrammatische Darstellung der mit zu der Länge I parallel ausgerichteter Polarisation des anregenden Lichts gemessenen Extinktion E des Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1 gemäß 2 aufgetragen gegen die Anregungswellenlänge λ, wobei eine durchgezogene Linie 19 die Extinktion der Vorrichtung 1 mit dem Material 15 der Nanostrukturen 5 in dem ersten Hydridisierungszustand darstellt, wobei eine strichlierte Linie 21 die Extinktion darstellt, die beobachtet wird, wenn das Material 15 in dem zweiten Hydridisierungszustand vorliegt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel stellt die durchgezogene Linie 19 demnach die plasmonische Resonanz der Yttriumdihydrid aufweisenden Nanostrukturen dar, wobei die strichlierte Linie 21 die Extinktion der Yttriumtrihydrid aufweisenden Nanostrukturen darstellt, was in 3 angedeutet ist. 3 shows a diagrammatic representation of the measured with the polarization of the exciting light aligned parallel to the length I extinction E of the embodiment of the device 1 according to 2 plotted against the excitation wavelength λ, with a solid line 19th the absorbance of the device 1 with the material 15th of nanostructures 5 represents in the first hydration state, with a dashed line 21st represents the absorbance observed when the material 15th is in the second hydration state. In the preferred embodiment, the solid line represents 19th therefore the represents plasmonic resonance of the yttrium dihydride exhibiting nanostructures, the dashed line 21st represents the extinction of the yttrium trihydride containing nanostructures, which is shown in 3 is indicated.

Es zeigt sich, dass die Nanostrukturen 5, welche Yttriumdihydrid aufweisen, eine ausgeprägte plasmonische Resonanz zeigen. Dies liegt daran, dass Yttriumdihydrid ein Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeit ist, sodass die plasmonische Resonanz nur eine geringe Dämpfung erfährt. Dabei wirkt zwar die Deckschicht 13 geringfügig dämpfend auf die plasmonische Resonanz, was aber aufgrund von deren vergleichsweise kleiner Höhe hDS keine relevante Einschränkung darstellt. Die spektrale Position eines Bandenmaximums λp der plasmonischen Resonanz hängt dabei insbesondere von der charakteristischen Abmessung der Nanostruktur 5, mithin hier von der Länge I ab. Außerdem wird die Position des Bandenmaximums λp auch insbesondere durch die Periode Px beeinflusst. Schließlich hat auch die Periode Py einen - wenn auch geringeren - Einfluss auf die Lage des Bandenmaximums λp.It turns out that the nanostructures 5 containing yttrium dihydride show a pronounced plasmonic resonance. This is because yttrium dihydride is a metal with good electrical conductivity, so that the plasmonic resonance experiences little attenuation. The top layer is effective here 13 slightly attenuating the plasmonic resonance, but this is not a relevant restriction due to its comparatively small height h DS . The spectral position of a band maximum λ p of the plasmonic resonance depends in particular on the characteristic dimensions of the nanostructure 5 , hence here from the length I. In addition, the position of the band maximum λ p is also particularly influenced by the period P x . Finally, the period P y also has an - albeit smaller - influence on the position of the band maximum λ p .

Bei einer bevorzugten Verwendung der Vorrichtung 1 wird dieser eine Mischung von Wasserstoff und Stickstoff bei einem Druck von 1 bar, mithin bei Atmosphärendruck, zugeführt, wobei die Mischung 5 Vol.-% Wasserstoff aufweist. Selbstverständlich ist es möglich, statt Stickstoff ein anderes Schutzgas, beispielsweise ein Edelgas, insbesondere Argon, oder ein anderes inertes Gas, beispielsweise Kohlendioxid, zu verwenden. Weiterhin ist es auch möglich, ein Gasgemisch von Wasserstoff und Luft zu verwenden. Ein Sauerstoffausschluss wird insoweit nur aus Gründen des Explosionsschutzes bevorzugt. Der zugeführte, molekulare Wasserstoff wird durch die katalytisch wirkende Deckschicht 13 in atomaren Wasserstoff umgewandelt, der von dem Material 15 aufgenommen wird, das hierdurch von dem ersten Hydridisierungszustand zu dem zweiten Hydridisierungszustand reagiert. Dabei erfolgt im Falle von metallischem Yttriumdihydrid ein Metall-Isolator-Übergang zu dielektrischen Yttriumtrihydrid, welches transparent ist. Ist auch das Substrat 7 transparent, ist in diesem Hydridisierungszustand des Materials 15 die gesamte Vorrichtung 1 transparent. Entsprechend verschwindet hier die plasmonische Bande in dem Extinktionsspektrum, was in 3 an der strichlierten Linie 21 erkennbar ist. Diese steigt nur deswegen zu kleinen Wellenlängen λ hin an, weil hier ein Ausläufer einer elektronischen Bande des Yttriums beobachtet wird, die ihr Bandenmaximum bei 400 nm hat. Dagegen liegt das Bandenmaximum λp bei einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, bei welcher die Nanostruktur aus Yttriumdihydrid eine Höhe hNS von 50 nm, eine Breite b von 160 nm und eine Länge I von 290 nm bei einer Dicke der Deckschicht hDS von 6 nm Platin und einer Periodizität Px von 400 nm bei identischer Periodizität in Y-Richtung, bei 1580 nm liegt.In a preferred use of the device 1 this is a mixture of hydrogen and nitrogen at a pressure of 1 bar, therefore at atmospheric pressure, fed, the mixture 5 Has vol .-% hydrogen. It is of course possible to use another protective gas, for example a noble gas, in particular argon, or another inert gas, for example carbon dioxide, instead of nitrogen. Furthermore, it is also possible to use a gas mixture of hydrogen and air. Exclusion of oxygen is only preferred for reasons of explosion protection. The supplied, molecular hydrogen is passed through the catalytically active cover layer 13 converted into atomic hydrogen by the material 15th is absorbed, which thereby reacts from the first hydration state to the second hydration state. In the case of metallic yttrium dihydride, there is a metal-insulator transition to dielectric yttrium trihydride, which is transparent. Is also the substrate 7th transparent, is in this hydration state of the material 15th the entire device 1 transparent. Correspondingly, the plasmonic band in the extinction spectrum disappears here, which is shown in 3 on the dashed line 21st is recognizable. This only rises towards small wavelengths λ because an extension of an electronic band of yttrium is observed here, which has its band maximum at 400 nm. In contrast, the band maximum λ p is in an embodiment of the device in which the nanostructure made of yttrium dihydride has a height h NS of 50 nm, a width b of 160 nm and a length I of 290 nm with a thickness of the top layer h DS of 6 nm platinum and a periodicity P x of 400 nm with an identical periodicity in the Y direction, at 1580 nm.

Die Vorrichtung 1 weist somit einen sehr hohen Schaltkontrast zwischen den beiden Hydridisierungszuständen auf, nämlich von quasi vollständiger Transparenz bis hin zu einer Extinktion von mehr als 40 % in metallischem Zustand. Dabei sind ohne besondere Anstrengungen bereits Unterschiede in der relativen Extinktion zwischen den beiden Hydridisierungszuständen von ungefähr 70 % erreichbar, wobei absolute Änderungen in der Transmittanz von 23 % erzielbar sind, die ohne weiteres bereits mit bloßem Auge beobachtbar sind. Es ist unschwer möglich, durch Variation der konkreten Ausgestaltung der Vorrichtung 1 noch bessere Schaltkontraste bis hin zu einem perfekten Absorber, der von nahezu vollständiger Transparenz auf nahezu vollständige Absorption schaltbar ist, zu erzielen.The device 1 thus has a very high switching contrast between the two hydration states, namely from almost complete transparency to an extinction of more than 40% in the metallic state. Differences in the relative extinction between the two hydration states of approximately 70% can be achieved without any particular effort, with absolute changes in the transmittance of 23% being achievable, which are readily observable with the naked eye. It is easily possible by varying the specific design of the device 1 to achieve even better switching contrasts right up to a perfect absorber that can be switched from almost complete transparency to almost complete absorption.

Wird der Vorrichtung 1 kein Wasserstoff mehr zugeführt oder wird der Wasserstoff aktiv abgeführt, wandelt sich der Trihydrid-Zustand des Materials 15 vollständig reversibel wieder in den DihydridZustand um, wobei sich die plasmonische Resonanz vollständig erholt. Dabei ist der Wechsel zwischen den beiden Hydridisierungszuständen vorzugsweise diffusionslimitiert.Will the device 1 If no more hydrogen is supplied or if the hydrogen is actively removed, the trihydride state of the material changes 15th completely reversibly back into the dihydride state, with the plasmonic resonance fully recovering. The change between the two hydration states is preferably diffusion-limited.

Es ist möglich, die Reaktionen von dem ersten zu dem zweiten Hydridisierungszustand und zurück dadurch zu beschleunigen, dass die Temperatur der Vorrichtung erhöht wird. Weiterhin kann die Deckschicht 13 dünner ausgeführt werden oder - abhängig von den Umgebungsbedingungen sowie einer eventuell vorhandenen, anderweitigen Quelle für atomaren Wasserstoff oder Protonen - auch ganz entfallen. Auch hierdurch werden die - insbesondere durch die Diffusion durch die Deckschicht 13 hindurch limitierten - Reaktionsgeschwindigkeiten erhöht. Es zeigt sich auch, dass die Gegenwart von Sauerstoff - insbesondere wenn die Deckschicht 13 Platin oder Palladium aufweist -, die Reaktion aus dem zweiten Hydridisierungszustand in den ersten Hydridisierungszustand beschleunigt. Dies liegt daran, dass in der Umgebung der Deckschicht 13 die Reaktion des aus der Deckschicht 13 austretenden Wasserstoffs mit dem Sauerstoff zu Wasser beschleunigt erfolgt, wodurch der Wasserstoff effizient abgeführt wird. Schließlich kann insbesondere die Reaktion von dem zweiten Hydridisierungszustand in den ersten Hydridisierungszustand auch durch Spülen der Vorrichtung und somit Austreiben des freiwerdenden Wasserstoffs beschleunigt werden.It is possible to accelerate the reactions from the first to the second hydration state and back by increasing the temperature of the device. Furthermore, the top layer 13 be made thinner or - depending on the ambient conditions and any other source of atomic hydrogen or protons that may be present - they can be omitted entirely. As a result, the - in particular through the diffusion through the cover layer 13 limited - reaction speeds increased. It also shows that the presence of oxygen - especially when the top layer 13 Has platinum or palladium -, accelerates the reaction from the second hydration state into the first hydration state. This is because that in the vicinity of the top layer 13 the reaction of the top layer 13 escaping hydrogen is accelerated with the oxygen to water, whereby the hydrogen is efficiently discharged. Finally, in particular the reaction from the second hydration state into the first hydration state can also be accelerated by flushing the device and thus expelling the released hydrogen.

4 zeigt eine diagrammatische Darstellung der Abhängigkeit des Bandenmaximums λp aufgetragen gegen die charakteristische Abmessung, hier nämlich die Länge I, der Nanostruktur 5. Dabei zeigt sich, dass bei dem hier diskutierten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 ein im Wesentlichen linearer Zusammenhang zwischen der Länge I der Nanostrukturen 5 und der Wellenlänge des Bandenmaximums λp existiert, wobei die Wellenlänge des Bandenmaximums λp mit steigender Länge I der Nanostrukturen 5 steigt. 4th shows a diagrammatic representation of the dependence of the band maximum λ p plotted against the characteristic dimension, namely here the length I, of the nanostructure 5 . It is found that in the embodiment of the device discussed here 1 an essentially linear relationship between the length l of the nanostructures 5 and the wavelength of the band maximum λ p exists, the wavelength of the band maximum λ p with increasing length I of the nanostructures 5 increases.

Im Detail zeigt sich, dass nicht nur die Wellenlänge des Bandenmaximums λp, sondern zugleich auch die Extinktion mit der Länge I der Nanostrukturen 5 zunimmt. Dies liegt wesentlich an der mit steigendem Volumen der Nanostrukturen 5 steigenden Dipolstärke.In detail it can be seen that not only the wavelength of the band maximum λ p , but also the extinction with the length I of the nanostructures 5 increases. This is essentially due to the increasing volume of the nanostructures 5 increasing dipole strength.

Somit ist es möglich, die zu schaltende Wellenlänge beziehungsweise den Wellenlängenbereich der schaltbaren optischen Eigenschaften der Vorrichtung 1 gezielt auf eine konkrete Verwendung derselben hin abzustimmen, indem insbesondere die charakteristische Abmessung, hier nämlich die Länge I der Nanostrukturen 5, an die gewünschte Zielwellenlänge für das Bandenmaximum der plasmonischen Resonanz λp abgestimmt wird.It is thus possible to determine the wavelength to be switched or the wavelength range of the switchable optical properties of the device 1 to be specifically tailored to a specific use of the same, in particular by adding the characteristic dimension, here namely the length l of the nanostructures 5 , is tuned to the desired target wavelength for the band maximum of the plasmonic resonance λ p .

Insgesamt zeigt sich, dass die Vorrichtung 1 eine verschleißfreie, vollständig reversible und auf eine Vielzahl möglicher Verwendungen abstimmbare Schaltbarkeit insbesondere der Absorption der Vorrichtung 1 mit hohem Schaltkontrast ermöglicht.Overall, it can be seen that the device 1 a wear-free, completely reversible switchability that can be adapted to a large number of possible uses, in particular the absorption of the device 1 with high switching contrast.

Claims (16)

Vorrichtung (1) mit schaltbaren optischen Eigenschaften, wobei die Vorrichtung (1) eine nanostrukturierte Oberfläche (3) mit wenigstens einer Nanostruktur (5) aufweist, wobei die Nanostruktur (5) eine charakteristische Abmessung von mindestens 100 nm aufweist, und wobei die Nanostruktur (5) ein Material (15) aufweist, das in einem ersten Hydridisierungszustand eine plasmonische Resonanz in einem von der charakteristischen Abmessung abhängigen Wellenlängenbereich zeigt, wobei die plasmonische Resonanz in einem zweiten Hydridisierungszustand des Materials (15) zumindest gedämpft ist, wobei das Material (15) reversibel von dem ersten in den zweiten Hydridisierungszustand schaltbar ist.Device (1) with switchable optical properties, the device (1) having a nanostructured surface (3) with at least one nanostructure (5), the nanostructure (5) having a characteristic dimension of at least 100 nm, and the nanostructure ( 5) has a material (15) which, in a first hydration state, exhibits a plasmonic resonance in a wavelength range dependent on the characteristic dimension, the plasmonic resonance being at least attenuated in a second hydride state of the material (15), the material (15) is reversibly switchable from the first to the second hydration state. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostruktur (5) ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer stabförmigen Struktur, einer scheibenförmigen oder kugelförmigen Struktur, einer drahtförmigen Struktur, einer gitterförmigen Struktur, einer spiralförmigen Struktur, einer kreuzförmigen Struktur, einer oligomeren Struktur, einer gekrümmten Struktur, einer dreidimensionalen Anordnung, und einer Kombination von mindestens zwei dieser Strukturen.Device (1) according to Claim 1 , characterized in that the nanostructure (5) is selected from a group consisting of a rod-shaped structure, a disk-shaped or spherical structure, a wire-shaped structure, a lattice-shaped structure, a spiral structure, a cross-shaped structure, an oligomeric structure, a curved structure , a three-dimensional arrangement, and a combination of at least two of these structures. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (15) ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem Hydrid eines Elements der Seltenen Erden, einem Hydrid eines Übergangsmetalls, und einem Hydrid einer Legierung eines Übergangsmetalls.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the material (15) is selected from a group consisting of a hydride of a rare earth element, a hydride of a transition metal, and a hydride of an alloy of a transition metal. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (15) ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Yttriumdihydrid, Scandiumdihydrid, Lanthandihydrid, Gadoliniumdihydrid und Promethiumdihydrid, oder dass das Material (15) ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem Hydrid einer Magnesiumlegierung von Yttrium, einem Hydrid einer Magnesiumlegierung von Lanthan, einem Hydrid einer Magnesiumlegierung von Scandium, einem Hydrid einer Magnesiumlegierung von Gadolinium, einem Hydrid einer Magnesiumlegierung von Promethium und einem Hydrid einer Legierung der Formel Mg2MeHx mit Me = Ni, Co, oder Fe.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the material (15) is selected from a group consisting of yttrium dihydride, scandium dihydride, lanthanum dihydride, gadolinium dihydride and promethium dihydride, or that the material (15) is selected from a group consisting of a hydride of a magnesium alloy of yttrium, a hydride of a magnesium alloy of lanthanum, a hydride of a magnesium alloy of scandium, a hydride of a magnesium alloy of gadolinium, a hydride of a magnesium alloy of promethium and a hydride of an alloy of the formula Mg 2 MeH x with Me = Ni, Co, or Fe. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (15) Yttriumdihydrid (YH2) ist.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the material (15) is yttrium dihydride (YH2). Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostruktur (5) auf einem Substrat (7) angeordnet ist, wobei das Substrat (7) ein Dielektrikum aufweist oder aus einem Dielektrikum besteht.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the nanostructure (5) is arranged on a substrate (7), the substrate (7) having a dielectric or consisting of a dielectric. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Quelle für atomaren Wasserstoff oder Protonen aufweist, wobei die Quelle so angeordnet und ausgebildet ist, dass durch sie der Nanostruktur (5) atomarer Wasserstoff oder Protonen zuführbar ist/sind.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the device (1) has a source for atomic hydrogen or protons, the source being arranged and designed such that atomic hydrogen or protons can be fed through it to the nanostructure (5) is / are. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle ein Katalysatormaterial aufweist, das geeignet ist zur Umwandlung von molekularem Wasserstoff in atomaren Wasserstoff.Device (1) according to Claim 7 , characterized in that the source has a catalyst material suitable for converting molecular hydrogen into atomic hydrogen. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine elektrochemische Quelle für atomaren Wasserstoff oder Protonen aufweist.Device (1) according to one of the Claims 7 and 8th , characterized in that the device (1) has an electrochemical source for atomic hydrogen or protons. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostruktur (5) eine Deckschicht (13) aufweist, wobei die Deckschicht (13) Platin oder Palladium aufweist, oder aus Platin oder Palladium besteht.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the nanostructure (5) has a cover layer (13), wherein the cover layer (13) comprises platinum or palladium, or consists of platinum or palladium. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (13) eine Dicke von mindestens 2 nm bis höchstens 10 nm aufweist.Device (1) according to Claim 10 , characterized in that the cover layer (13) has a thickness of at least 2 nm to at most 10 nm. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1) mit schaltbaren optischen Eigenschaften, wobei auf einem Substrat (7) eine nanostrukturierte Oberfläche (3) mit wenigstens einer Nanostruktur (5) hergestellt wird, die ein Material (15) aufweist, das in einem ersten Hydridisierungszustand eine plasmonische Resonanz in einem von einer charakteristischen Abmessung der Nanostruktur (5) abhängigen Wellenlängenbereich zeigt, wobei die plasmonische Resonanz in einem zweiten Hydridisierungszustand des Materials (15) zumindest gedämpft ist, und wobei das Material (15) reversibel von dem ersten in den zweiten Hydridisierungszustand schaltbar ist.Method for producing a device (1) with switchable optical properties, wherein a nanostructured surface (3) with at least one nanostructure (5) is produced on a substrate (7) which has a material (15) which in a first hydration state has a shows plasmonic resonance in a wavelength range dependent on a characteristic dimension of the nanostructure (5), the plasmonic resonance being at least attenuated in a second hydration state of the material (15), and wherein the material (15) can be reversibly switched from the first to the second hydration state is. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Maske auf das Substrat (7) aufgebracht wird, wobei - die Maske als Negativform der herzustellenden Nanostruktur (5) strukturiert wird, wobei - das Material (15) oder ein Ausgangsmaterial für die Nanostruktur (5) in die strukturierte Maske eingebracht wird, und wobei - die Maske entfernt wird.Procedure according to Claim 12 , characterized in that - a mask is applied to the substrate (7), wherein - the mask is structured as a negative form of the nanostructure (5) to be produced, wherein - the material (15) or a starting material for the nanostructure (5) in the structured mask is introduced, and wherein - the mask is removed. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgangsmaterial für die Nanostruktur (5) in die strukturierte Maske eingebracht wird, wobei das Ausgangsmaterial anschließend in das Material (15) in dessen ersten Hydridisierungszustand umgewandelt wird.Procedure according to Claim 13 , characterized in that a starting material for the nanostructure (5) is introduced into the structured mask, the starting material then being converted into the material (15) in its first hydration state. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Nanostruktur (5) eine Deckschicht (13) aufgebracht wird.Method according to one of the Claims 12 to 14th , characterized in that a cover layer (13) is applied to the nanostructure (5). Verwendung einer Vorrichtung (1) mit schaltbaren optischen Eigenschaften, nämlich einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, oder einer Vorrichtung (1), hergestellt in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Vorrichtung (1) verwendet wird - als schaltbarer optischer Filter, - in einem lokal ansteuerbaren chemischen Reaktor, - als Schaltelement, - als Vorrichtung (1) mit schaltbarer plasmonisch induzierter Transparenz, - als optische Verzögerungsplatte, - als Phasenschieber, - als optischer Modulator, - als optischer Absorber, und/oder als - Wasserstoff-Detektor.Use of a device (1) with switchable optical properties, namely a device (1) according to one of the Claims 1 to 11 , or a device (1) produced by a method according to one of the Claims 12 to 15th , the device (1) being used - as a switchable optical filter, - in a locally controllable chemical reactor, - as a switching element, - as a device (1) with switchable plasmonically induced transparency, - as an optical retardation plate, - as a phase shifter, - as optical modulator, - as an optical absorber, and / or as - hydrogen detector.
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US8077276B2 (en) * 2003-03-14 2011-12-13 Sharp Kabushiki Kaisha Display system

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