Erstmals hat ein Forschungsteam die Entstehung von „dunklen“ Moir\u00e9-Interlagen-Exzitonen beobachtet. Beteiligt waren daran Auch Mitwirkende von der Philipps-Universit\u00e4t.
\nEin internationales Forschungsteam unter Leitung der Universit\u00e4t G\u00f6ttingen hat erstmals ein grundlegendes physikalisches Ph\u00e4nomen sichtbar gemacht, das bei der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie eine Rolle spielt. Den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ist es gelungen, sogenannte „dunkle Moir\u00e9-Interlagen-Exzitonen“ sichtbar zu machen und deren Entstehung mit den Methoden der Quantenmechanik zu erkl\u00e4ren. Die Forscherinnen und Forscher zeigen, wie die – in G\u00f6ttingen neu entwickelte – zeitaufgel\u00f6ste Impulsmikroskopie tiefste mikroskopische Einblicke zu diesen technologisch relevanten Fragenstellungen liefert.
\nDiese Methode ist eine experimentelle Technik. Die Ergebnisse der Forschungsarbeit sind in der Fachzeitschrift „Nature“ erschienen.
\nAtomar d\u00fcnne Strukturen aus zweidimensionalen Halbleitermaterialien sind vielversprechende Kandidaten f\u00fcr zuk\u00fcnftige Bauteile in der Elektronik, Optoelektronik und Photovoltaik. Die Eigenschaften dieser Halbleiter k\u00f6nnen auf faszinierende Weise kontrolliert werden: Wie Legosteine k\u00f6nnen die atomar d\u00fcnnen Schichten aufeinandergestapelt werden.
\nEs gibt allerdings einen weiteren wichtigen Trick: W\u00e4hrend Legosteine nur gerade oder um 90 Grad gegeneinander verdreht gestapelt werden k\u00f6nnen, kann der Drehwinkel im Aufbau der Halbleiterstrukturen beliebig eingestellt werden. Genau dieser Drehwinkel ist f\u00fcr die Herstellung neuartiger Solarzellen interessant.
\nW\u00e4hrend der Drehwinkel also ein bahnbrechender Kontrollparameter f\u00fcr neue Technologien sein kann, f\u00fchrt er auch zu experimentellen Herausforderungen: Typische experimentelle Ans\u00e4tze haben nur indirekte Zug\u00e4nge zu den Moir\u00e9-Interlagen-Exzitonen, sind quasi ,blind‘ gegen\u00fcber den ,dunklen‘ Exzitonen.
\n„Mit Hilfe der zeitaufgel\u00f6sten Impulsmikroskopie machen wir diese eigentlich dunklen Exzitonen sichtbar“, erkl\u00e4rte Nachwuchsgruppenleiter Dr. Marcel Reutzel von der Fakult\u00e4t f\u00fcr Physik an der Universit\u00e4t G\u00f6ttingen. „So k\u00f6nnen wir messen, wie die Exzitonen auf der Zeitskala von dem Millionstel eines Millionstels einer Millisekunde ausgebildet werden. Wir k\u00f6nnen die Dynamik der Entstehung dieser Exzitonen in einer quanten-mechanischen Theorie beschreiben, die die Forschergruppe von Prof. Dr. Ermin Malic aus Marburg entwickelt hat.“Auf Basis der Marburger Vorarbeit gelang in G\u00f6ttingen die erfolgreiche Arbeit. „Diese Ergebnisse erm\u00f6glichen uns nicht nur einen fundamentalen Einblick in die Entstehung dunkler Moir\u00e9-Interlagen-Exzitonen, sondern er\u00f6ffnen zudem eine v\u00f6llig neue Perspektive, die optoelektronischen Eigenschaften dieser neuen und faszinierenden Materialien zu studieren“, sagte Prof. Dr. Stefan Mathias. Er ist der Leiter der Studie am I. Physikalischen Institut der Universit\u00e4t G\u00f6ttingen.
\n„In unserem Experiment messen wir eine bahnbrechende Signatur des Moir\u00e9-Potenzials“, erkl\u00e4rte er. „Das hei\u00dft, den Einfluss der kombinierten Eigenschaften der beiden verdrehten Halbleiterschichten. In Zukunft werden wir genau diesen Effekt weiter studieren, um mehr \u00fcber die resultieren Materialeigenschaften zu lernen.“
\nDie beteiligten Forschungsgruppen profitierten von DFG-gef\u00f6rderten Sonderforschungsbereichen (SFB) mi dem Titel „Kontrolle von Energiewandlung auf atomaren Skalen“ sowie „Mathematik des Experiments“ in G\u00f6ttingen sowie dem SFB „Struktur und Dynamik innerer Grenzfl\u00e4chen“ in Marburg.<\/p>\n
* pm: Philipps-Universit\u00e4t Marburg<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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