Exzitonen überwinden Grenzen
Angeregte 2D-Halbleiterkristalle senden Licht in Vorzugsrichtung aus.
Ein Team um die Physiker Arash Rahimi-Iman von der Justus-Liebig-Universität Gießen und Martin Koch von der Philipps-Universität Marburg hat Quasiteilchen nachgewiesen, die sich in selbsterzeugten zweidimensionalen Kristallen über zwei Lagen erstrecken „Schichtkristalle aus der Familie der zweidimensionalen Halbleiter zählen zu den Nanomaterialien, die eine vielversprechende Grundlage für diverse Einsatzgebiete bieten“, sagt Koch. „Ob als hauchdünner Leitkanal in Transistoren oder aktives Material in der Photonik, die Materialklasse der Übergangsmetalldichalkogenide, vertreten unter anderem durch Wolframdisulfid und -diselenid, hat seit etwa einem Jahrzehnt enorm an Popularität in der internationalen Forschung gewonnen.“
„Sowohl die Abstrahlung als auch die Energieaufnahme von Heterostrukturen stehen weiterhin im Fokus des Interesses. In unseren Experimenten untersuchten wir eine künstlich gestapelte, hauchdünne Schichtstruktur aus Wolframdisulfid und Wolframdiselenid“, sagt Arash Rahimi-Iman. Das Besondere an 2D-Materialien ist, dass sie als einzelne Monolagen unter dem Mikroskop oftmals mit bloßen Auge erkannt werden können. „Zudem lassen sie sich händisch zu anspruchsvollen und funktionalen Schichtsystemen stapeln“, sagt Koch. Für die Experimente nutzte das Team eine Wolframdisulfid-Monolage aus Eui-Hyeok Yangs Arbeitsgruppe am Stevens Institute for Technology in den USA; auf diese Unterlage platzierte die Forschergruppe kontrolliert eine zweite Monolage, bestehend aus natürlichem Wolframdiselenid.
„Dank selbstgestapelter 2D-Kristalle konnten wir deutlich messen, dass sich die Materieanregungen auf zwei verschiedene Lagen des Materials ausdehnen“, berichtet Kochs Doktorand Mohammed Adel Aly, der zusammen mit Manan Shah und Lorenz Maximilian Schneider die Experimente durchführte. „Auch konnten wir eine seitliche Abstrahlrichtung nachweisen.“ Rahimi-Iman sagt: „Die Abstrahlcharakteristik ist von Bedeutung, wenn man zum Beispiel optische Resonanzen der 2D-Halbleiterheterostrukturen in photonischen Bauelementen gezielt und effektiv einsetzen möchte – also in hauchdünnen Solarzellen oder Laser.“
U. Marburg / JOL
