Wo kommen die L\u00f6cher im Flickenteppich her? Ein Forschungsteam erkl\u00e4rt das Verhalten von Quasiteilchen in zusammengesetzten Halbleiternanoschichten.
\nSetzt man extrem d\u00fcnne Halbleiternanoschichten aus Fl\u00e4chen zusammen, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, so finden sich darin Quasiteilchen mit vielversprechenden Eigenschaften f\u00fcr eine technische Nutzung. Das zeigt ein internationales Team aus der Physik unter Marburger Leitung, indem es theoretische Untersuchungen mit Messdaten vergleicht. Die Forschungsgruppe berichtet in der Wissenschaftszeitschrift „Nature Communications“ \u00fcber ihre Ergebnisse.
\nElektronische Ger\u00e4te zeigen schon lange eine Tendenz zur Miniaturisierung. Die Industrie verwendet immer kleinere Bauteile, um mehr und mehr Leistung auf m\u00f6glichst kleinem Raum unterzubringen. „Dieser Trend kommt mittlerweile an fundamentale, physikalische Grenzen der angewandten Materialien“, berichtete der Physiker Prof. Dr. Ermin Malic von der Philipps-Universit\u00e4t.
\nEr ist einer der Leitautoren der aktuellen Publikation. „Die neue Materialklasse der atomar d\u00fcnnen Nanoschichten k\u00f6nnte hier die technologische Entwicklung vorantreiben“, erkl\u00e4rte der Hochschullehrer. Im Fokus von Malics Forschung steht insbesondere ein spezielles neuartiges Halbleiternanomaterial.
\nBei den \u00dcbergangsmetall-Dichalkogenid-Monolagen – kurz „TMD“ nach der englischen Bezeichnung „transition metal dichalcogenide“ – handelt es sich um hauchd\u00fcnne Kristalle, die aus einer einzigen atomaren Schicht bestehen. „Sie besitzen eine Reihe von au\u00dferordentlichen Eigenschaften, die sie zu vielversprechenden Kandidaten f\u00fcr ultrad\u00fcnne, biegsame und durchsichtige Ger\u00e4te machen“, f\u00fchrte Malics Mitarbeiter Dr. Roberto Rosati aus. Er ist ein weiterer Leitautor.
\nIn ultrad\u00fcnnen TMDs k\u00f6nnen elektrische Ladungen erzeugt werden, die als Paare aus je einem Elektron und einem Loch vorliegen, an dem ein Elektron fehlt. Fachleute bezeichnen ein solches Elektron-Loch-Paar als Exziton. „Die faszinierende Exziton-Physik wird noch spannender, wenn man die atomar d\u00fcnnen TMD-Halbleiter stapelt“, erl\u00e4uterte Malic.
\nDie Wissenschaft spricht bei Halbleitermaterialien, die aus zwei Schichten bestehen, von „Heterostrukturen“. In solchen Heterostrukturen kommt es zu r\u00e4umlich getrennten Exzitonen, bei denen Elektron und Leerstelle in verschiedenen Schichten liegen und damit r\u00e4umlich getrennt sind. Da der Bildung dieser Exzitonen ein Ladungs\u00fcbergang von einer Schicht zur anderen vorausgeht, hei\u00dfen sie auch „Ladungstransfer-Exzitonen“.
\nIm Verhalten dieser Quasiteilchen spiegeln sich die Eigenschaften der Grenzfl\u00e4che wider. Der Sonderforschungsbereich 1083 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) zu „Struktur und Dynamik innerer Grenzfl\u00e4chen“ an der Philipps-Universit\u00e4t bietet beste Bedingungen, um dergleichen zu untersuchen.
\nBislang hat sich die Forschung auf vertikale Heterostrukturen konzentriert, die durch das Aufeinanderstapeln von Einzellagen entstehen. Malics j\u00fcngste Studie widmet sich hingegen einlagigen TMD-Halbleiterschichten, die zu gr\u00f6\u00dferen Fl\u00e4chen zusammengesetzt sind wie Flicken zu einer Patchworkdecke. Dazu hat sich die Theoriegruppe um Malic mit experimentellen Arbeitsgruppen – unter anderem aus Darmstadt und Jena – zusammengetan.
\n„Unsere mikroskopische und materialspezifische Theorie offenbart die physikalischen Prozesse, die der Bildung von Ladungstransfer-Exzitonen zugrunde liegen“, berichtete Malic. „Die Analyse zeigt au\u00dferdem, wie ihr Verhalten durch geeignete Bedingungen beeinflusst und dadurch f\u00fcr technologische Anwendungen optimiert werden kann.“
\nExperimentelle Messungen best\u00e4tigen die theoretischen Vorhersagen. „Unsere Studie stellt das Verst\u00e4ndnis der Eigenschaften dieser technologisch vielversprechenden Materialien auf eine neue Basis“, fasst Malice zusammen.
\nMalic leitet die Arbeitsgruppe „Ultraschnelle Quantendynamik“ an der Philipps-Universit\u00e4t. Neben seiner Team beteiligten sich Universit\u00e4ten und Forschungseinrichtungen in Jena und Darmstadt sowie in Frankreich, Japan und den Vereinigten Staaten von Amerika (USA) an der Forschungsarbeit. Finanzielle F\u00f6rderung kam unter anderem von der DFG \u00fcber ihren Sonderforschungsbereich 1083 sowie von der Europ\u00e4ischen Union (EU) aus ihrer F\u00f6rderlinie „Graphene Flagship“.<\/p>\n
* pm: Philipps-Universit\u00e4t Marburg<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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