Optical Properties of Nanoparticle Systems

Verlag: 
Wiley-VCH, Berlin
Autoren: 
Michael Quinten
Details: 
488 Seiten, 320 Illustrationen, davon 11 in Farbe, Hardcover
Preis: 
129.00€
ISBN: 
10:3-527-41043-0

Rezension zum Buch „Optical Properties of Nanoparticle Systems“ von Michael Quinten

Streueffekte elektromagnetischer Strahlung an Nanopartikeln oder inhomogener Materie gewinnen in modernen optischen Systemen immer mehr an Bedeutung. Das Anwendungsspektrum, in dem Berechnungsverfahren für die Lichtausbreitung in inhomogenen Medien, d.h. die Streuung und Absorption, relevant sind, erstreckt sich dabei von klassischen optischen Nanostrukturen z.B. für Dünnschichtsysteme, Photovoltaik oder LED Systeme über integrierte optische Sensorsysteme bis hin zu (Hochleistungs-) Abbildungssystemen.

In seinem Buch stellt Michael Quinten die wichtigsten Verfahren und Modelle zur analytischen und numerischen Berechnung der Streuung und Absorption an Nanopartikeln mit Durchmessern kleiner 1000nm bzw. Materie mit entsprechenden Inhomogenitäten umfassend dar. Insbesondere konzentriert er sich dabei auf die spektralen Abhängigkeiten der optischen Eigenschaften solcher Systeme. Es gelingt ihm mit seiner Darstellung an der Grenze zwischen klassischer Elektrodynamik und Festkörperphysik die wichtigsten Grundlagen beider Disziplinen darzustellen und ihre Bedeutung für das Verständnis der optischen Eigenschaften von Nanopartikel-Systemen herauszuarbeiten.       

Die große Systematik der Betrachtungsweise des komplexen Problems wird bereits in den ersten Kapiteln des Buches erkennbar. Nach der Einführung diskutiert M. Quinten die Eigenschaften und optischen Observablen von Nanopartikel-Systemen. Dabei schlägt er zunächst eine Klassifizierung der Systeme vor und diskutiert Ursachen für Stabilität bzw. Instabilitäten. Bereits hier wird in den zahlreichen Illustrationen und Simulationskurven, die die Einflüsse der auftretenden Effekte anschaulich machen, die große Stärke des vorliegenden Buches deutlich. In Kapitel 3 werden die Festkörperphysikalischen Grundlagen der optischen Materialeigenschaften (d.h. der Dielektrizitätskonstante) in verschiedenen Modellen (vom klassischen Oszillatormodell zu quantenmechanischen Näherungen) eingeführt. Diese finden schließlich Einzug in die elektromagnetischen Modelle zur Beschreibung der Wechselwirkung von Licht mit Nanopartikeln unterschiedlichster Zusammensetzung. Die grundlegende Mie-Theorie sowie ihre Erweiterung auf inhomogene Streuzentren und Streuzentrenverbände stehen im Zentrum des Buches und werden auf eine Vielzahl verschiedenster Nanopartikel-Systeme angewendet. Es wird erläutert und demonstriert, wie sie über Volumen- bzw. Oberflächenbetrachtungen auch auf nicht-sphärische Nanopartikel erweitert werden kann.  Zur Behandlung allgemeiner nicht-sphärischer Nanopartikel geht der Autor die sog. „generalized Mie-Theorie“ ein. Die streuenden Nanopartikel werden dabei aus mehreren sphärischen Partikeln zusammengesetzt.  Schließlich werden Energiefluss-Modelle zur Behandlung dicht gepackter Nanopartikelsysteme eingeführt. Als Anwendungsbeispiele für die verschiedenen Streumodelle werden in den Kapiteln 13 und 14 die aktuell vieldiskutierten Effekte der Nahfeld- und Oberflächenverstärkung (SERS) diskutiert und ein kurzer Ausblick auf die sog. effektive Medium Theorie gegeben.

Das Buch von M. Quinten stellt ein umfassendes und sehr gut ausgearbeitetes Übersichtswerk zur Behandlung von Streueffekten an Nanopartikel-Systemen dar. Es besticht vor allem durch eine Fülle von Beispielrechnungen und Simulationen, die die umfangreichen theoretischen Betrachtungen unmittelbar veranschaulichen. Ein sehr gut ausgearbeitetes und umfassendes Quellenverzeichnis ermöglicht es dem Leser jederzeit vertiefende Originalliteraturstellen für das weitere Studium heranzuziehen. Das Buch stellt somit aus meiner Sicht ein hervorragendes einführendes Arbeitsmittel zur  Streutheorie für Einsteiger und Übersichtswerk für spezialisierte Wissenschaftler dar.             

Prof. Dr. Stefan Sinzinger, TU-Ilmenau