Solarstrom auch in durchsichtigen Materialien

Es gibt Materialien, die für Licht einer bestimmten Frequenz durchlässig sind. Wenn man sie mit solchem Licht bestrahlt, können dennoch elektrische Ströme entstehen, anders als bislang angenommen. Den Nachweis haben Wissen­schaftler der Universität Leipzig und der Technischen Universität Singapur erbracht. „Dies eröffnet neue Möglich­keiten für die Konstruktion opto­elektronischer und photo­voltaischer Geräte, beispielsweise Lichtverstärker, Sensoren und Solarzellen“, sagt Inti Sodemann Villadiego, Physiker an der Universität Leipzig.

„Es ist möglich, elektrische Ströme durch Licht anzutreiben, selbst wenn das Material eine verschwindend geringe Absorption für solches Licht aufweist. Das ist eine wichtige neue Erkenntnis“, ergänzt Sodemanns Kollege Li-kun Shi. Inti Sodemann Villadiego und seine Kollegen haben dafür Floquet-Fermi-Flüssigkeits­zustände untersucht. Eine Fermi-Flüssig­keit ist ein spezieller Zustand vieler quanten­mechanischer Teilchen mit Eigenschaften, die sich stark von denen gewöhnlicher klassischer Flüssig­keiten wie Wasser bei Raumtemperatur unterscheiden können. 

Fermi-Flüssig­keiten können laut Sodemann in einer Vielzahl von Situationen auftreten, beispiels­weise beim Fließen von Elektronen in Metallen wie Gold oder Silber und dem Fließen von Helium-3-Atomen bei niedrigen Temperaturen. Sie können demnach spektakuläre Eigen­schaften aufweisen, zum Beispiel als Supraleiter für Elek­trizität bei niedrigen Temperaturen. Die Floquet-Fermi-Flüssig­keit ist eine Variante dieses Zustands, der eintritt, wenn die Teilchen der Flüssigkeit periodisch geschüttelt werden, so wie es mit den Elektronen in Metallen geschieht, wenn sie mit ideal-periodischem Licht beleuchtet werden.

„Wir erläutern in unserer Publikation mehrere Eigen­schaften dieser Flüssigkeits­zustände“, erläutert Sodemann Villadiego. „Um sie zu untersuchen, mussten wir detaillierte theoretische Modelle komplexer Zustände von Elektronen entwickeln, die durch Licht erschüttert werden – was alles andere als einfach ist.“

U. Leipzig / JOL