BRIGHT „NEW” WORLD Norbert Kroo Wigner Physics Research Center of the Hungarian Academy of Sciences Budapest, 2015.10.12.

Az előadások a következő témára: "BRIGHT „NEW” WORLD Norbert Kroo Wigner Physics Research Center of the Hungarian Academy of Sciences Budapest, 2015.10.12."— Előadás másolata:

1 BRIGHT „NEW” WORLD Norbert Kroo Wigner Physics Research Center of the Hungarian Academy of Sciences Budapest, 2015.10.12

2 INTERNATIONAL LIGHT YEAR 2015

3

4 KRYPTON LIGHT BULB

5 THE PRINCIPLE OF LASING

6

7 Nobel-Prize 2014

8 Lightsource INTERFERENCE 1815 Fresnel

9 HOLOGRAPHY Denis Gabor BUT STILL DIFFRACTION LIMIT!

10 NANOTECHNOLOGY IN NATURE NANOTECHNOLOGY IN NATURE PHOTONIC CRYSTAL LIKE STRUCTURES IN BUTTERFLIES

11 ATTOSECOND 2010ths

12 ATTOSECOND SCIENCE

13 Technologies and the wavelength of light To produce micro-patterns with photographical methods small diameter light beams are needed: either by focusing the beam by a lens or by masks with small holees But light beams with diameter <  of the light can not be created E.g. waves on water surface and a slit Slt size < wavelength of waves: no crossing Slt size < wavelength of waves: no crossing SIZE!

14 We can cheat „classical” optics

15 “Labors of the Months” (Norwich, England, ca. 1480). (the ruby colour is probably due to gold nanoparticles mixed into the glas.)

16 The Lycurgus Cup (glass; British Museum; 4 th Century A. D.) When illuminated from outside, it appears green. However, when illuminated from within the cup, it glows red. Red color is due to very small amounts of gold powder (about 40 parts per million) in glass.

17 Nanotechnology and colours Bulk Gold mp = 1064 ° C Color = gold 1 nm gold particles mp = 700 ° C max = 420 nm Color = brown-yellow 20 nm gold particles mp = ~1000 ° C max = 521 nm Color = red 100 nm gold particles mp = ~1000 ° C max = 575 nm Color = purple-pink

18 STM SURFACE PLASMON MICROSCOPE

19 100x100nm 100x100nm 45nm gold film Topography and SPO near field STM image Plasmonic near field image with nm resolution and field enhancement

20 SURFACE PLASMON ENERGY „GAP” 5

21 NANOMETER RESOLUTION INTEGRAL OPTICS WITH SURFACE PLASMONS

22 Metal tip Nanoparticle Enhanced Local Optical Fields Scattered Light, SERS Nanoscale THE USE OF ENHANCED LOCAL FIELDS FOR NANO- MICROSCOPY

23 Spektral tuning range nanoshell plasmon resonance 0246810 1 100 1000 Wavelength (microns) Core/Shell Ratio r 1 /(r 2 -r 1 ) 1.24 electron volts 0.124 10,000 cm -1 1,000 300 THz 30 r2r2 r1r1   

24 PLASMONIC CANCER THERAPY

25 THE WIDTH AT 1/e HEIGHT OF THE STM SIGNAL Electron pairing TOTAL INTENSITY OF ELECTRONS IN THE HIGHER ENERGY PEAK OF THE ELECTRON SPECTRUM Additional proof of electron pairing 3!

26 PHYSICS PHYSICS BELONGS TO EVERYBODY LIGHT CAROUSSEL BUDAPEST-A CITY OF LIGHT MULTICOLOURED PHYSICS ATOMCHILL CONFERENCES WORLD SCIENCE FORUM

27

28

29 CHEMISTRY BRIGHT CHEMISTRY LECTURES SUMMER CAMP GENERAL CONFERENCE OF THE CHEMICAL SOCIETY STUDENT COMPETITION

30 ASTRONOMY PARTIAL SOLAR ECLIPSE SUMMER CAMP FOR HIGH SCHOOL STUDENTS TELESCOPIC OBSERVATIONS PHOTOCOMPETITION POPULAR LECTURES

31 BIOLOGY-MEDICINE FEMTOLASER OPHTALMOLOGY PHOTOGENOMICS PHOTOSYNTHESIS CONFERENCE LIGHT IN PLANT BIOLOGY

32 ENGINEERING and GENERAL ILLUMINATION EXPERIMENTS REGIONAL AND LOCAL (STUDENT) PROGRAMMES COMPANIES FOR TALENTS (BAYER) POPULAR JOURNALS (TERMÉSZET VILÁGA, ÉLET ÉS TUDOMÁNY) LIGHT DAY IN PARIS

33 ART GEORGE KEPES CENTER ATTILA CSÁJI EXHIBITION PHOTO, MUSIC, LITERATURE SCIENTIFIC PHOTO COMPETITION

34 OPENING CEREMONY

35 THANKS FOR YOUR ATTENTION

36 Csáji Attila

37 KEZDETBEN TEREMTETTE ISTEN A MENNYET ÉS A FÖLDET. A FÖLD MÉG KIETLEN ÉS PUSZTA VOLT, A MÉLYSÉG FELETT SÖTÉTSÉG VOLT, DE ISTEN LELKE LEBEGETT A VIZEK FÖLÖTT. AKKOR EZT MONDTA ISTEN: . E = 4πρ  xE = - . B = 0  xB = J + ÉS LETT VILÁGOSSÁG   Legyen világosság = Maxwell egyenletek  

38

39 A FÉNY ÉS ALKALMAZÁSAI (optikai eszközök) TÜKRÖK LENCSÉK ÜVEGSZÁLAK PRIZMÁK MIKROSZKÓPOK TELESZKÓPOK LÉZEREK

40 A Tadzs Mahal és visszatükröződése a sima vizfelületen

41 A „tükörcsoda”

42 Van Eyck: Az Arnolfini esküvő Tükör a háttérben

43 AZ ŐSROBBANÁS ÉS AMI UTÁNA TÖRTÉNT

44 2.7°K

45 TRIFID Hogyan keletkeznek a csillagok?

46

47

48

49 Fényforrás INTERFERENCIA

50 (TILTOTT) SÁV SZERKEZET Fényvonal v=  /K Diszperziós összefüggés Első Brillouin zóna Csoportsebesség Módussűrűség

51 A dolgok mérete (zöld = emberalkotta dolgok) MilliméterekMikronok Nanométerek Goly ó stollgoly ó 0.5 Pap í rvastags á g0.1100 Emberi haj 0.02 - 0.220 – 200 Hintőpor 40 Ü veggyapotsz á l 10 Sz é nsz á l 5 Emberi vörösvérsejt4 – 6 E-coli baktérium 1 Egy modern tranzisztor m é rete 0.25250 Egy himlővírus mérete0.2 – 0.3200 – 300 Elektron hullámhossz: ~10 nm vagy kisebb Elektron hullámhossz: ~10 nm vagy kisebb Szén nanocső átmérője3 DNA spirál átmérőjel2 C60 molekula átmérője 0.7 Benzol gyűrű átmérője0.28 Egy atom mérete~0.1 A látható fény hullámhossza 0.4 – 0.75mikron 400 – 750nm

52 A r ó zsaszin mező felett: Alkalmazhatunk fény-alapú “mikrofabrikációs” technikákat és noha ezeket az elektronika céljaira fejlesztették, máshol is alkalmazásra kerültek különböző mikro-struktúrák alkalmazásra kerültek különböző mikro-struktúrák létrehozására! létrehozására! Ezen mező alatt: Nem lehetséges a mikrofabrikáció Helyette “nanofabrikációra” vagyis “nanotechnológiákra” van szükség De még tulajdonképpen nem tudjuk milyenek is lesznek ezek a technológiák! technológiák! Ezért folyik a nanotudományok területén a kutatás különböző techológiák fejlesztése irányában techológiák fejlesztése irányában Állandó remény: várakozás,hogy nanoszerkezetek ÖNSZERVEZŐÉSSEL hozhatók létre. hozhatók létre.

53 A FÉNYHULLÁMOK elválasztják a NanoTECHNOLÓGIÁT A MikroTECHNOLÓGIÁTÓL A FÉNYHULLÁMOK elválasztják a NanoTECHNOLÓGIÁT A MikroTECHNOLÓGIÁTÓL (Technológia = a dolgok, amiket készítünk és ahogy készítjük azokat) Szemben a megfelelő tudománnyal amely a működésre koncentrál Szemben a megfelelő tudománnyal amely a működésre koncentrál Hol lép be a fényhullám a technológiába? A mikrotechnológia a fény alkalmazásán alapul A mikrotechnológia a fény alkalmazásán alapul Hogyan? A fényt FOTOGRAVIROZÁSRA hasznéljuk: Hogyan? A fényt FOTOGRAVIROZÁSRA hasznéljuk: Fényábrák használata fémfelületek strukturálására => Fényábrák használata fémfelületek strukturálására => Ábrák mikroprojektálása = ennek segítségével készülnek a több milliárd tranzisztorral rendelkező integrált áramkörök is

54 ELEKTROMÁGNESES TÉR ÉS FELÜLETI PLAZMONOK a Maxwell egyenletekből

55 KRÁTEREK Au FELÜLETÉN (Lézerrel porlasztott ezüst) 17750

56 A KETTŐ S HÉLIX

57 EXTREMELY LONG LIFE-TIME!

58

59

60

61

62 SERS on Tunable Plasmonic Nanoparticle Substrates (J. Jackson and N. J. Halas, PNAS 101, 17930-5, (2004)) Anti-Stokes Raman Shift (cm -1 ) -1077cm -1 -1003cm -1 -1180cm -1 -1590cm -1 -390cm -1 Stokes Raman Shift (cm -1 ) 1077cm -1 1003cm -1 1180cm -1 1590cm -1 390cm -1 PVP Glass slide Nanoshells deposited from solution pMA NH 2 SH