Man nehme 20 Milliliter Ethylenglycol, 36 Mikroliter Wasser und ein Prise Hydrogentetrachloroaurat(III), vermenge diese gründlich in einem Plastikgefäß und gebe ein Glassubstrat hinzu. Nach Kochen über Nacht bei etwa 90°C kann das Glassubstrat entnommen, mit Alkohol und Wasser gesäubert und schließlich mit Stickstoff getrocknet werden.
Voilà, auf dem Glassubstrat sind zahlreiche Goldflocken zu finden. Schaut man hindurch, scheinen sie unterschiedliche Farben zu haben. Dies liegt an ihren unterschiedlichen Dicken. Weiterhin sind sie sehr viel breiter als hoch – oft 1 000 bis 10 000-mal. Diese hauchdünnen Scheibchen sind sehr gut als Material zum Strukturieren geeignet.
Du experimentierst lieber virtuell? Mit diesem Simulator kannst du Goldflocken in deinem Browser wachsen lassen!
Optische Mikroskop-Aufnahmen einer Goldflocke in Reflexion. Die Goldflocken sind weniger als 50 Nanometer dick und teilweise über 100 Mikrometer groß.
Lichttransmission durch Goldflocken. Abhängig von ihrer Dicke scheinen die Goldflocken dunkel- bis hellgrün.
Goldatome werden aus einer Salzlösung auf der Oberfläche eines Kristalls reduziert. Am liebsten haben sie vier Nachbaratome um sich.
In diesem Video siehst du, wie Goldflocken im Labor hergestellt werden:
Nanostrukturen sind winzig klein – ein Nanometer (nm) entspricht einem Millionstel Millimeter. Wenn Strukturen so klein sind, wechselwirken sie sehr gut mit sichtbaren Licht (Wellenlängen 400-750 nm) – ein besonders gut geeignetes Material ist zum Beispiel Gold. Damit lässt sich eine optische Antenne bauen: Zwei Goldstäbchen getrennt durch eine kleine Lücke reflektieren Licht einer bestimmten Wellenlänge beispielsweise sehr effizient.
Die Nanostrukturen kann man mit Hilfe von Gallium-Ionen herstellen. Dazu werden die Ionen durch eine hohe Spannung beschleunigt, auf die Goldflocken geschossen und so Goldatome abgetragen.
Wie stellt man Nanostrukturen her? Das Video verrät mehr. Ein weiterer Kurzfilm unter diesem Link stellt die Firma „Nanostruct“ vor (auf Englisch), die ultrapräzise Goldnanostrukturen herstellt.
Die Energie E = v·p der spin-polarisierten Elektronen an der Oberfläche eines topologischen Isolators nimmt linear mit dem Impuls zu. Die Geschwindigkeit ist konstant v = 500 km/s, ähnlich wie bei Licht mit v = 300.000 km/s.
Reflexion einer Goldantenne im optischen Mikroskop. Die Länge der Antenne ist so gewählt, dass hauptsächlich rotes Licht reflektiert wird.
Mit einem Strahl von Gallium-Ionen kann Gold gezielt in wenigen nanometergroßen Bereichen abgetragen werden.
Vor fast 100 Jahren entwickelten die Japaner Hidetsugu Yagi und Shintaro Uda eine Richtantenne, die Radiowellen gezielt in eine Richtung aussenden und von dort empfangen kann. Sie besteht aus einem aktiven Dipol-Element, das die Wellen empfängt, einem Reflektor und mehreren richtungsgebenden Direktor-Stäben. (Eine Bauanleitung findest du hier).
Das gleiche Prinzip funktioniert auch für Licht. Damit lassen sich beispielsweise direkt Daten auf Computerchips zwischen den einzelnen Prozessorkernen austauschen. Dazu müssen die einzelnen Elemente der Antenne auf Nanometergröße verkleinert und Licht durch Anlegen einer Spannung im aktiven Element erzeugt werden.
Eine Yagi-Uda-Antenne zum Empfang von Radiowellen im Frequenzbereich von etwa 100 MHz.
Eine nanometergroße Yagi-Uda-Antenne zum Aussenden von Licht im Frequenzbereich von 400 THz.
