Quasiteilchen \u00fcberwinden Grenzen. Das wurde am Forschungscampus Mitelhessen herausgefunden.
\nEin Team des Forschungscampus Mittelhessen hat Quasiteilchen nachgewiesen, die sich in selbsterzeugten zweidimensionalen (2D-)Kristallen \u00fcber zwei Lagen erstrecken. Das berichtet eine Forschergruppe um die Physiker Dr. Arash Rahimi-Iman von der Justus-Liebig-Universit\u00e4t (JLU) Gie\u00dfen und Prof. Dr. Martin Koch von der Philipps-Universit\u00e4t im Fachblatt „Scientific Reports“. Die Forschung zu Material, Molek\u00fcl und Energie geh\u00f6rt zu den Schwerpunkten des Forschungscampus Mittelhessen (FCMH).
\n„Schichtkristalle aus der Familie der zweidimensionalen Halbleiter z\u00e4hlen zu den Nanomaterialien, die eine vielversprechende Grundlage f\u00fcr diverse Einsatzgebiete bieten“, erkl\u00e4rte Koch, der Physik an der Philipps-Universit\u00e4t lehrt. „Ob als hauchd\u00fcnner Leitkanal in Transistoren oder aktives Material in der Photonik, die Materialklasse der \u00dcbergangsmetalldichalkogenide – vertreten unter anderem durch Wolframdisulfid und -diselenid – hat seit etwa einem Jahrzehnt enorm an Popularit\u00e4t in der internationalen Forschung gewonnen.“
\nDer federf\u00fchrende Autor Dr. Arash Rahimi-Iman aus Gie\u00dfen erg\u00e4nzte: „Sowohl die Abstrahlung als auch die Energieaufnahme von Heterostrukturen stehen weiterhin im Fokus des Interesses. In unseren Experimenten untersuchten wir eine k\u00fcnstlich gestapelte, hauchd\u00fcnne Schichtstruktur aus Wolframdisulfid und Wolframdiselenid.“
\nWie Koch ausf\u00fchrte, ist das Besondere an 2D-Materialien, dass sie als einzelne sogenannte „Monolagen“ unter dem Mikroskop oftmals mit blo\u00dfen Auge erkannt werden k\u00f6nnen. „Zudem lassen sie sich h\u00e4ndisch zu anspruchsvollen und funktionalen Schichtsystemen stapeln“, legte der Marburger Hochschullehrer dar, der langj\u00e4hrige Erfahrung in der Heterostrukturforschung mitbringt.
\nDie Herstellung geeigneter 2D-Heterostrukturen – frei zusammensetzbarer Stapel aus unterschiedlichen zweidimensionalen Kristallen – brauche jedoch Training, Fingerspitzengef\u00fchl und passende Ausgangsmaterialien. F\u00fcr die Experimente nutzte das Team eine Wolframdisulfid-Monolage aus Prof. Dr. Eui-Hyeok Yangs Arbeitsgruppe am Stevens Institute for Technology in den Vereinigten Staaten von Amerika (USA). Auf diese Unterlage platzierte die Forschergruppe kontrolliert eine zweite Monolage aus nat\u00fcrlichem Wolframdiselenid.
\nBestrahlt man Halbleiter mit Licht, entstehen Paare von angeregten Elektronen und Fehlstellen ohne Elektron, die zusammen je ein Quasiteilchen bilden. Dieses Teilchen nennen die Fachleute „Exziton“.
\n„Dank selbstgestapelter 2D-Kristalle konnten wir deutlich messen, dass sich die Materieanregungen auf zwei verschiedene Lagen des Materials ausdehnen“, berichtete Kochs Doktorand Mohammed Adel Aly, der zusammen mit den Projektmitarbeitern Manan Shah und Dr. Lorenz Maximilian Schneider die Experimente durchgef\u00fchrt hat. „Auch konnten wir eine seitliche Abstrahlrichtung nachweisen.“
\nLeitautor Rahimi-Iman erl\u00e4uterte, warum das wichtig ist: „Die Abstrahlcharakteristik ist von Bedeutung, wenn man zum Beispiel optische Resonanzen der 2D-Halbleiterheterostrukturen in photonischen Bauelementen gezielt und effektiv einsetzen m\u00f6chte – also in hauchd\u00fcnnen Solarzellen oder Laser.“
\nRahimi-Iman leitet eine eigenst\u00e4ndige Arbeitsgruppe am Physikalischen Institut der JLU Gie\u00dfen. Er erzielte die Ergebnisse der aktuellen Studie als Teamleiter in der Arbeitsgruppe Halbleiterphotonik von Koch an der Philipps-Universit\u00e4t Marburg. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), der Deutsche Akademische Austauschdienst, die Philipps-Universit\u00e4t Marburg, das \u00c4gyptische Wissenschaftsministerium und die Nationale Wissenschaftsstiftung der USA (NSF) f\u00f6rderten die zugrundeliegende Forschungsarbeit finanziell.
\nDie Forschung zu Material, Molek\u00fcl und Energie geh\u00f6rt zu den Schwerpunkten des Forschungscampus Mittelhessen (FCMH). Der FCMH ist eine hochschul\u00fcbergreifende Einrichtung der Justus-Liebig-Universit\u00e4t Gie\u00dfen, der Philipps-Universit\u00e4t in Marburg und der Technischen Hochschule Mittelhessen, deren Aufgabe in der St\u00e4rkung der regionalen Verbundbildung in der Forschung, Nachwuchsf\u00f6rderung und Forschungsinfrastruktur liegt.<\/p>\n
* pm: Philipps-Universit\u00e4t Marburg<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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