Modellsystem auf atomarer Skala

Wechselspiel zwischen elektrischer Ladung und Licht

Viele heutige elektronische Bauteile haben im Zuge ihres Miniaturisierungsprozesses eine Größe auf der atomaren Skala erreicht. Ein substantieller Faktor für eine erfolgreiche Funktionalität ist hierbei die Kontrolle elektrischer Ladungen und Felder auf kleinster Skala.

Die nanometergroße Spitze eines Rastertunnelmikroskops erzeugt auf kleinster Skala elektrische Felder innerhalb einer Halbleiteroberfläche. Mit Hilfe optischer Anregung oder per Ladungsinjektion durch den Tunnelstrom kann das Gleichgewicht der Feldabschirmung aktiv gestört werden.

Ein Forscherteam der Universität Göttingen hat ein Modellsystem gefunden, mit dem es möglich ist, die Dynamik einzelner Ladungsträger innerhalb solcher elektronischen Strukturen mit molekularer Auflösung zu charakterisieren. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature Communications erschienen.

„Das Experiment besteht aus einer Kombination von optischer Anregung mit Hilfe eines Lasers und der Rastertunnelmikroskopie“, erklärt Erstautor Philipp Kloth vom IV. Physikalischen Institut der Universität Göttingen. „Wie bei einer Solarzelle werden durch die Anregung der Halbleiteroberfläche mit Licht freie Ladungsträger generiert.“ Neu ist nun die Rolle des Rastertunnelmikroskops: Dies ist nicht nur in der Lage, das Material auf atomarer Skala abzubilden, sondern kann zusätzlich genutzt werden, um gezielt Ladungen in das System zu injizieren.

„Damit ist es möglich, das Gleichgewicht der optisch generierten Ladungsträger aktiv zu stören. Als Folge lassen sich die Konzentration von freien Ladungsträgern kontrolliert einstellen und damit verschiedene Abschirmmechanismen von elektronischen Feldern auf atomarer Skala simulieren“, so Mitautor Dr. Martin Wenderoth vom IV. Physikalischen Institut der Universität Göttingen.

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Die neuen Ergebnisse, die im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB) 1073 erzielt wurden, stehen exemplarisch für jüngste Entwicklungen eines neuen Forschungsschwerpunktes am Göttingen Campus. Der SFB 1073 befasst sich speziell mit der Kontrolle von Energieumwandlungen auf kleinster Skala. Das im Forschungsprojekt von Dr. Wenderoth entwickelte und in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Claus Ropers und Prof. Dr. Alec Wodtke konzipierte Experiment stellt hierbei einen wichtigen Baustein zur Untersuchung solcher Prozesse dar.

„In Zukunft soll die Lichtanregung auf Oberflächen gezielt dazu eingesetzt werden, chemische Prozesse einzelner Moleküle auszulösen und dann mit dem Rastertunnelmikroskop zu charakterisieren“, so Dr. Wenderoth. Dabei könnte das Verständnis solcher Prozesse bei der Entwicklung von künstlicher Photosynthese helfen und somit zur Entwicklung effizienter Anwendungen zur Energiegewinnung und -konversion beitragen.

Originalveröffentlichung:
Philipp Kloth et al. Controlling the screening process of a nanoscaled space charge region by minority carriers. Nature Communications. DOI: 10.1038/ncomms10108.

Kontaktadresse:
Dr. Martin Wenderoth
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Physik – IV. Physikalisches Institut
Friedrich-Hund-Platz 1, 37077 Göttingen
E-Mail: wenderoth@ph4.physik.uni-goettingen.de
Internet: www.uni-goettingen.de/de/500611.html

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