Erste Leuchtdiode auf Exzitonen-Basis realisiert
Wissenschaftler der TU Wien erzeugen Cluster mithilfe von gezielten elektrischen Pulsen
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Prinzipbild der Wiener Excitonen-Leuchtdiode (Grafik: tuwien.at) |
Wien (pte016/12.04.2019/11:30) Forscher der Technischen Universität Wien (TU Wien) http://tuwien.at haben eine spezielle Leuchtdiode auf Exzitonen-Basis entwickelt. Exzitonen sind Quasiteilchen, die aus einem Elektron und einem "Loch" bestehen - ein Loch ist in der Elektrotechnik ein positiv geladenes Teilchen. Exzitone sind insgesamt elektrisch neutral und haben die Fähigkeit, sich in einem Festkörper oder Halbleiter zu bewegen.
Licht beim Exzitonen-Zerfall
Das Team um Thomas Müller vom Institut für Photonik hat in extrem dünnen Materialschichten aus Wolfram und Selen oder Schwefel mithilfe von elektrischen Pulsen ganze Klumpen dieser Exzitonen, Exzitonencluster, wie die Forscher sagen, erzeugt. Diese verwandeln sich in Licht, wenn sie zerfallen. Auf diese Weise geben sie die Energie ab, die sie mit den elektrischen Pulsen "getankt" haben.
Die wichtigste Eigenschaft dieser neuartigen LED: Die Wellenlänge des Lichts, das sie erzeugt, lässt sich verändern. Das gehe "ganz einfach durch die Form des angelegten elektrischen Pulses", sagt Matthias Paur, der zum Team gehört. Scheinwerfer, wie sie in Theatern und bei Konzerten genutzt werden, sind mit zahlreichen Leuchtdioden ausgestattet, die unterschiedliche Farben erzeugen. Je nachdem, welche gewünscht ist, werden die entsprechenden LEDs angesteuert. Mit der neuen LED geht es einfacher.
Zwei Arten des Ladungstransports
"In einem Halbleitermaterial kann elektrische Ladung auf zwei unterschiedliche Arten transportiert werden: Einerseits können Elektronen von Atom zu Atom quer durch das Material wandern - sie tragen negative Ladung mit sich. Andererseits kann es auch passieren, dass irgendwo ein Elektron fehlt - dann ist diese Stelle positiv geladen und man spricht man von einem 'Loch'. Wenn ein Elektron aus einem Nachbaratom nachrückt und das Loch füllt, hinterlässt es an seinem ehemaligen Platz gleich wieder ein Loch. So können Löcher ähnlich wie Elektronen durch das Material wandern, allerdings in umgekehrter Richtung." Es kann auch passieren, dass ein Elektron um ein Loch kreist, wie bei einem Atom. Hier ist es statt des Lochs ein - positiv geladenes - Proton.
Normalerweise entstehen Exzitonen nur bei extrem niedrigen Temperaturen. Die Wiener Forscher schaffen es dagegen bei Zimmertemperatur. Das gelang ihnen in sogenannten zweidimensionalen Materialien, also Folien, die nur eine Atom- beziehungsweise Moleküllage dick sind. Sie sperrten eine dünne Schicht aus Wolframdiselenid oder Wolframdisulfid zwischen zwei Bornitrid-Schichten ein. Die elektrische Spannung, die Exzitonen erzeugt, leiteten sie mit zwei Elektroden aus Graphen ein, ebenfalls eine zweidimensionale Folie.
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