Transport ohne Träger

Eine Sequenz elektromagnetischer Pulse kann Ladungen über die inneren Grenzflächen von Halbleitern transportieren, die aus ungleichartigen Materialien bestehen. Das zeigen Experimente von Forschern der Uni Marburg und der finnischen Aalto University. „Der Transport von Ladungen über Grenzflächen hinweg ist von entscheidender Bedeutung bei vielen Naturerscheinungen und technischen Anwendungen“, erklärt Mackillo Kira. Das gilt etwa für Solarzellen, aber auch für organische Prozesse wie die Photosynthese, mit der Pflanzen Energie aus Sonnenlicht gewinnen. Solarzellen beruhen auf Halbleitern, die aus mehreren Schichten verschiedener Materialien aufgebaut sind.

Kira und seine Kollegen wählten als Modell ein Halbleitersystem auf der Basis von Galliumarsenid, das die Beweglichkeit eines Teilchens stark einschränkt, einen Quantentopf. Sie nutzten einen vor wenigen Jahren entwickelten Theorierahmen für die Quanten-Laserspektroskopie, um zu zeigen, wie ein effizienter Ladungstransfer über innere Grenzflächen hinweg verwirklicht werden kann. Dabei kommen Terahertz-Strahlen zur Anwendung, um den Halbleiter kontrolliert anzuregen. Das gelingt derart präzise, dass es sogar möglich ist, quantenmechanische Eigenschaften zu transportieren, ohne Teilchen zu bewegen. Die vorgeschlagene Vorgehensweise sei geeignet, Grenzflächen bei nanotechnologischen Anwendungen zu charakterisieren und deren Eigenschaften nutzbar zu machen, so die Forscher.

Laserspektroskopie ist eine überaus genaue Methode, um den Zustand materieller Systeme zu analysieren und kontrolliert zu handhaben. Sie findet bereits heute zahlreiche Anwendungen in Physik, Chemie, Meteorologie und den Lebenswissenschaften. So beruhen beispielsweise die universellen Standardmaße für Zeit und Raum auf hochpräziser Laserspektroskopie. Der von Kira und seine Kollegen entwickelte Theorierahmen ermöglicht es, quantenoptische Untersuchungen auch an Vielteilchen-Systemen durchzuführen, etwa an Halbleitern und Molekülen.

PMU / RK