Exzitonencluster ergeben neuartige Lichtquelle

    13. April 2019, 08:00
    7 Postings

    TU-Forscher stellen Methode zur Lichterzeugung vor

    Wien – Eine neue Art Leuchtdiode stellt ein Team der Technischen Universität (TU) Wien im Fachjournal "Nature Communications" vor. Das Licht erzeugen die Forscher hier mittels sogenannter "Exzitonencluster", einem speziellen Bindungszustand zwischen Elektronen und Löchern in bestimmten Materialien. Diese winzig kleine Lichtquelle lässt sich präzise einstellen, was neue Möglichkeiten eröffnet.

    Hintergrund

    Fehlt in einem Material an einer Stelle ein Elektron, ist dieser Ort positiv geladen. Wissenschafter sprechen in einem solchen Fall von einem "Loch". "Unter bestimmten Umständen können sich Löcher und Elektronen aneinander binden. Ähnlich wie in einem Wasserstoffatom ein Elektron um den positiv geladenen Atomkern kreist, kann im Festkörper ein Elektron um das positiv geladene Loch kreisen", so Thomas Müller vom Institut für Photonik der TU Wien.

    Während diese speziellen Tandems in den meisten Materialen nur bei extrem tiefen Temperaturen entstehen können, ist das in zweidimensionalen Materialien anders. Diese bestehen aus Schichten, die nur eine Atomlage dünn sind. Das TU Wien-Team um Müller, Matthias Paur und Aday Molina-Mendoza setzt bei seinem Ansatz auf eine dünne Schicht aus Wolfram und Selen oder Wolfram und Schwefel, die zwischen zwei Schichten aus Bornitrid eingefasst ist. Elektroden aus Graphen, mit denen elektrische Spannung an die Sandwich-Konstruktion gelegt wird, komplettieren den Aufbau, der dazu führt, dass die Exzitonen deutlich stabiler werden.

    Simple Beeinflussung

    "Sogar bei Zimmertemperatur lassen sich noch einfache Bindungszustände aus Elektronen und Löchern nachweisen. Bei tiefen Temperaturen kann man große, komplizierte Exzitonencluster messen", so Müller. Die Bildung dieser Cluster lässt sich überdies durch kurze elektrische Spannungspulse beeinflussen.

    Zerfallen sie später wieder, setzen sie Energie in Form von Licht frei. "Unser leuchtendes Schichtsystem ist nicht nur eine großartige Möglichkeit, Exzitonen zu studieren, sondern auch eine neuartige Lichtquelle. Wir haben damit nun eine Leuchtdiode, deren Wellenlänge man gezielt beeinflussen kann – und zwar auf sehr simple Weise, einfach durch die Form des angelegten elektrischen Pulses", sagte Paur. (APA, 13. 4. 2019)

    Share if you care.