Nanomechanical and phononic properties of structured soft materials

Significant interest in nanotechnology, is stimulated by the fact that materials exhibit qualitative changes of properties when their dimensions approach ”finite-sizes”. Quantization of electronic, optical and acoustic energies at the nanoscale provides novel functions, with interests spanning from electronics and photonics to biology. The present dissertation involves the application of Brillouin light scattering (BLS) to quantify and utilize material displacementsrnfor probing phononics and elastic properties of structured systems with dimensions comparable to the wavelength of visible light. The interplay of wave propagation with materials exhibiting spatial inhomogeneities at sub-micron length scales provides information not only about elastic properties but also about structural organization at those length scales. In addition the vector nature of q allows, for addressing the directional dependence of thermomechanical properties. To meet this goal, one-dimensional confined nanostructures and a biological system possessing high hierarchical organization were investigated. These applications extend the capabilities of BLS from a characterization tool for thin films to a method for unravelingrnintriguing phononic properties in more complex systems.Maßgebliches Interesse im Bereich der Nanotechnologie wird durch die Tatsache hervorgerufen, dass Materialien qualitative Änderungen ihrer Eigenschaften aufweisen könnnen wenn ihre Dimensionen charakteristische Längenskalen unterschreiten. Die Quantelung elektronischer, optischer und akustischer Energien auf der Nanoskala erschließt neue Funktionalitäten in einem weiten Bereich von der Elektronik bis hin zu photonischen und biologischen Systemen. rnDie vorliegende Dissertation bedient sich der Brillouin Lichtstreuung (BLS), um Materialauslenkungen zu quantifizieren und dadurch phononische und elastische Eigenschaften in der Größenordnung der Wellenlänge sichtbaren Lichts strukturierter Systeme zu untersuchen. Die Wechselwirkung von Wellenausbreitung und Materialien mit Inhomogenitäten im sub-m-Bereich liefert Informationen sowohl über die elastischen Eigenschaften als auch über die strukturelle Organisation in diesen Dimensionen. Zusätzlich erlaubt die vektorielle Natur von q die Erforschung der Richtungsabhängigkeit thermomechanischer Eigenschaften. Dazu wurden eindimensional begrenzte Nanostrukturen und ein biologisches System, welches eine hoch hierachische Organisation aufweist, untersucht. Diese Anwendungen erweitern das Leistungsvermögen der BLS Technik von einem Charakterisierungswerkzeug für dünne Filme hin zu einer Methode, faszinierende phononische Eigenschaften in weit komplexeren Systemen zu entschlüsseln. r