Chirale Nanophotonik

Chiralität ist eine universelle Eigenschaft von Molekülen und Materie im Allgemeinen. Chirale Objekte können nicht mit ihrem eigenen Spiegelbild in Deckung gebracht werden, weshalb man das Objekt und das Spiegelbild als Enantiomere verschiedener Händigkeit bezeichnet. Die Händigkeit bestimmt dabei, wie solche chiralen Objekte mit ihrer Umgebung interagieren. Zum Beispiel kann die Händigkeit chiraler Moleküle eine starke Auswirkung auf die chemische Interaktion mit einem biologischen System haben, da die DNS und Proteine auch chiral sind. Deshalb ist die Unterscheidung von Enantiomeren von großer Wichtigkeit in der Medizin, der Chemie und der Biologie.

Eine etablierte Methode zur Unterscheidung von Enantiomeren ist die Interaktion von chiralen Objekten mit chiralem Licht. In der Zirkulardichroismusspektroskopie wird die Absorptionsdifferenz von links- und rechtshändig zirkular polarisiertem Licht gemessen, wobei das Vorzeichen des Zirkulardichroismus mit der Händigkeit der Enantiomere korreliert. Jedoch ist die Absorptionsdifferenz eher gering, so dass konventionelle Zirkulardichroismusspektroskopie für einzelne oder wenige Moleküle ungeeignet ist.

Eine Möglichkeit zur Verstärkung der chiralen Licht-Materie-Wechselwirkung ist die Verwendung von nanophotonischen Resonatoren, für welche man die lokalen elektromagnetischen Felder maßschneidern kann. Unser Ziel ist es, ein besseres Verständnis dieser Wechselwirkung zu gewinnen und diese für Anwendungen wie die Enantiomerdiskriminierung zu verwenden. Hierbei setzen wir sowohl anspruchsvolle vektorielle numerische Berechnungen als auch semi-analytische Verfahren basierend auf der Theorie der Resonanzzustände ein.