Wie kann die neueste Technologie wie Solarzellen verbessert werden? Ein internationales Forschungsteam der Universität Göttingen hilft dabei, Antworten auf solche Fragen mit einer neuen Technik zu finden. Zum ersten Mal kann die Bildung winziger, schwer zu erstellender Partikel-als dunkle Exzitonen bezeichnet-genau zeitlich und räumlich genau verfolgt werden. Diese unsichtbaren Energieversorger werden in zukünftigen Solarzellen, LEDs und Detektoren eine Schlüsselrolle spielen. Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht in Naturphotonik.
Dunkle Exzitonen sind winzige Paare aus einem Elektron zusammen mit dem Loch, das es zurücklässt, wenn es aufgeregt ist. Sie tragen Energie, können aber nicht Licht aussagen (daher der Name „dunkel“). Eine Möglichkeit, einen Exziton zu visualisieren, besteht darin, sich einen Ballon (das das Elektron darstellt) vorzustellen, der wegfliegt und einen leeren Raum (das Loch) hinterlässt, an den er durch eine Kraft, die als Coulomb -Wechselwirkung bekannt ist, verbunden bleibt. Forscher sprechen über „Partikelzustände“, die schwer zu erkennen sind, aber in atomisch dünnen zweidimensionalen Strukturen in speziellen Halbleiterverbindungen besonders wichtig sind.
In einer früheren Veröffentlichung konnte die Forschungsgruppe von Professor Stefan Mathias von der Fakultät für Physik an der Universität von Göttingen zeigen, wie diese dunklen Exzitonen in einer unvorstellbar kurzen Zeit erzeugt werden und ihre Dynamik mit Hilfe der quantum mechanischen Theorie beschreiben. In der aktuellen Studie hat das Team nun eine neue Technik entwickelt, die als „Ultrafast Dark-Field Impulsmicroskopy“ bekannt ist, und sie zum ersten Mal verwendet. Dies ermöglichte es ihnen zu zeigen, wie dunkle Exzitonen in einem speziellen Material aus Wolframdisenid (WSE₂) und Molybdän Disulfid (MOS₂) gebildet werden – und zu erstaunlichen Zeiten, die nur 55 Femtosekunden (0,00000000000005555 Sekunden) dauerte, gemessen mit einer präzise Reservierung von 480000000055 Sekunden), gemessen mit einer präzise Reservierung von 480000000055, dauerte eine genaue Femtosekunden von 4800000000005555555555555555555555s. Nanometer (0,00000048 Meter).
„Diese Methode hat es uns ermöglicht, die Dynamik der Ladungsträger sehr genau zu messen“, erklärt der Erstautor Dr. David Schmitt, ebenfalls von der Physik der Universität Göttingen. „Die Ergebnisse liefern einen grundlegenden Einblick in die Einwirkung der Eigenschaften der Stichprobe die Bewegung der Ladungsträger. Dies bedeutet, dass diese Technik in Zukunft verwendet werden kann, um die Qualität und damit auch die Effizienz von Solarzellen spezifisch zu verbessern.“ Dr. Marcel Reutzel, Leiter der Junior Research Group in Mathias Forschungsgruppe, fügt hinzu: „Dies bedeutet, dass diese Technik nicht nur für diese speziell entwickelten Systeme, sondern auch für die Erforschung neuer Materialtypen verwendet werden kann.“
Die Forschung wurde durch die von DFG finanzierte kollaborative Forschungszentren „Kontrolle der Energieumwandlung auf Atomwaagen“ und „Mathematik des Experimentierens“ in Göttingen und der Struktur und Dynamik der inneren Schnittstellen in Marburg „in Göttingen und dem kollaborativen Forschungszentrum“ unterstützt.
