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<\/p>\n30.06.2022<\/p>\n
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Ob Festk\u00f6rper etwa als Leuchtdioden Licht aussenden k\u00f6nnen oder nicht, h\u00e4ngt von den Energieniveaus der Elektronen im Kristallgitter ab. Einem internationalen Team um die Oldenburger Physiker Dr. Hangyon Shan und Prof. Dr. Christian Schneider ist es nun gelungen, die Struktur der Energieniveaus in einer extrem d\u00fcnnen Probe des Halbleiters Wolframdiselenid so zu manipulieren, dass das Material, welches normalerweise eine reduzierte Lumineszenzausbeute hat, zu leuchten begann. Das berichtet das Team in der Fachzeitschrift Nature Communications.<\/p>\n
Den Forschenden zufolge ist das Ergebnis ein erster Schritt auf dem Weg, Materialeigenschaften durch Lichtfelder steuern zu k\u00f6nnen. \u201eDie Idee wurde schon seit Jahren diskutiert, bisher aber noch nicht \u00fcberzeugend umgesetzt\u201c, sagt Schneider. Der Effekt k\u00f6nnte beispielsweise n\u00fctzlich sein, um die optischen Eigenschaften von Halbleitern zu optimieren, etwa um neue LEDs, Solarzellen oder optische Bauteile entwickeln zu k\u00f6nnen. Insbesondere organische Halbleiter \u2013 also Kunststoffe mit halbleitenden Eigenschaften, die in etwa in biegsamen Bildschirmen, flexiblen Solarzellen oder als Sensoren innerhalb von Textilien zum Einsatz kommen \u2013 k\u00f6nnten auf diese Weise verbesserte optische Eigenschaften erhalten.<\/p>\n
Wolframdiselenid geh\u00f6rt zu einer ungew\u00f6hnlichen Klasse von Halbleitern, die aus einem \u00dcbergangsmetall und einem der Elemente Schwefel, Selen oder Tellur bestehen. Die Forschenden verwendeten in ihrem Experiment eine Probe, die nur aus einer einzigen, wie ein Sandwich aufgebauten Kristallschicht aus Wolfram- und Selen-Atomen bestand. Solche wenige Atomlagen d\u00fcnnen Schichten werden in der Physik als zweidimensionale Materialien bezeichnet. Sie besitzen oft ungew\u00f6hnliche Eigenschaften, da sich die Ladungstr\u00e4ger darin v\u00f6llig anders verhalten als in dickeren Festk\u00f6rpern. Unter anderem spielen die Gesetze der Quantentheorie in den 2D-Halbleitern eine wichtige Rolle, weshalb Fachleute auch von \u201eQuantenmaterialien\u201c sprechen.<\/p>\n
Das Team um Shan und Schneider platzierte die Wolframdiselenid-Probe zwischen zwei speziell pr\u00e4parierten Spiegeln und regte das Material mit einem Laser an. So gelang es ihnen, eine Kopplung zwischen Lichtteilchen und angeregten Elektronen zu erzeugen. \u201eIn unserer Studie zeigen wir, dass man die Struktur der elektronischen \u00dcberg\u00e4nge durch diese Kopplung umordnen kann, so dass ein dunkles Material zu einem hellen Material wird\u201c, erl\u00e4utert Schneider. \u201eDer Effekt ist in unserem Experiment so stark, dass der tiefste Zustand von Wolframdiselenid optisch aktiv wird.\u201c Das Team wies au\u00dferdem nach, dass die experimentellen Resultate sehr gut mit den Vorhersagen eines theoretischen Modells \u00fcbereinstimmen.<\/p>\n
Die aktuelle Arbeit ist das Resultat einer Kooperation der Oldenburger Forscher mit Kollegen von der Universit\u00e4t Reykjavik (Island), der Universit\u00e4t W\u00fcrzburg, der Universit\u00e4t Jena, der Arizona State University (USA) und des Nationalinstituts f\u00fcr Materialwissenschaften in Tsukuba (Japan). Teile der Theorie wurden von Kollegen der Universit\u00e4t St. Petersburg entwickelt, bevor die Universit\u00e4ten ihre Kooperationen beendeten.<\/p>\n