Die Arbeitsgruppe um Joachim Krenn von der Karl-Franzens-Universität Graz entwickelt Molekül-Sensoren, die auf metallischen Nanostrukturen und optischen Prinzipien basieren. Die zugrunde liegende Idee: Lichtwellen und Nanopartikel aus Gold oder Silber erzeugen Plasmonen. Bei Plasmonen handelt es sich um kollektive Schwingungen freier Elektronen. Da Nanopartikel sehr winzig sind, existieren Plasmonen nicht nur auf der Oberfläche sondern im gesamten Volumen, wodurch Resonanz entsteht. Frequenz der Schwingung ist dabei abhängig vom Material, von der Form und den Abmessungen der Partikel. Eine Rückwirkung auf das elektromagnetische Feld in der unmittelbaren Umgebung erzeugt wiederum Verstärkungs- und Farbeffekte. Nähert man dem Partikel ein fluoreszierendes Molekül, so verwandelt sich das Partikel in eine Art Antenne, die die Emissionsrate des Moleküls um mehrere Größenordnungen steigert. Der Nachweis von Molekülen vereinfacht sich dadurch. Voraussetzung ist jedoch, dass die Emissionsfrequenz des Moleküls und die Frequenz der Plasmonen-Resonanz zusammenfallen.

Seit den achtziger Jahren des 20. Jahrhunderts werden Oberflächenplasmonen untersucht. 1998 kam es zum Durchbruch, als Thomas Ebbesen des NEC in Princeton einen Artikel über die Forschungarbeiten seines Teams veröffentlichte. Ebbesen und sein Team hatten in Experimenten beobachtet, dass eine um ein Vielfaches höhere Transmission stattfindet, wenn Licht durch eine Goldfolie mit Löchern im 100 Nanometer-Bereich dringt. Verantwortlich dafür waren plasmonische Zustände auf der Goldoberfläche.

Die Nanoptik erhofft sich durch die Plasmonen eine Beherrschung des Lichts, welche effizientere Leuchtdioden, empfindlichere Sensoren und schnellere Computer-Chips möglich machen soll. Das von der EU geförderte Exzellenz-Netzwerk “Plasmo-Nano-Devices”, an dem auch die Arbeitsgruppe von Krenn beteiligt ist, hat mittlerweile einen “Plasmonen-Starter” entwickelt. Damit gelang erstmals die bewusste Lenkung eines Plasmonenstrahls in eine bestimmte Richtung.

Joachim Krenn leitet seit 1999 die Arbeitsgruppe Nano-Optik am Institut für Physik der Universität Graz, welche auch Teil des EU Network of Excellence “Plasmo-Nano- Devices” ist. Er wurde mit dem Steirischen Forschungspreis für Nanowissenschaft und Nanotechnologie ausgezeichnet. Seine Forschungarbeiten bewegen sich stark im Grundlagenbereich. er lehrt seit 1993 in Graz. Zeitweise unterrichtete er auch in Genf (CERN), in Paris (Univ. Paris 7) und Dijon (Univ. Dijon). Seit 2007 steht er auch dem Joanneum Research Institute of Nanostructured Materials and Photonics in Weiz vor.