Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wetterfühlige Nanolampen in molekularer Lichterkette

21.01.2004


Suche nach neuen Halbleitern für Displays und Solarzellen



Weihnachten ist vorbei, aber die Erinnerung bleibt: Gerade noch leuchten die Lichter am Baum so schön, da kündet ein kurzes Flackern von Unheil und schon geht die gesamte feierliche Beleuchtung aus. Danach beginnt die mühselige Suche nach der Nadel im Heuhaufen, in diesem Fall der kaputten Glühbirne in der Lichterkette, die den Stromkreis unterbrochen hat. Mitarbeitern des Lehrstuhls für Photonik und Optoelektronik unter der Leitung von Dr. John Lupton und Professor Jochen Feldmann an der Sektion Physik der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München ist es jetzt gelungen, ein ähnliches Phänomen jenseits aller Feiertagsromantik nachzuweisen: In langkettigen Kunststoffmolekülen, die aus einer Reihe von Kohlenstoffatomen bestehen, finden sich einzelne Lichtquellen, die miteinander wechselwirken. "Ist diese Reaktion stark genug, so erlöscht beim Ausgehen einer einzelnen Lichtquelle die gesamte molekulare Beleuchtung", so Lupton. Die jüngst in der Fachzeitschrift Physical Review Letters (Bd. 91, Nr. 26) beschriebene Arbeit hat grundlegende Bedeutung für die Entwicklung neuartiger Materialien in der Displaytechnologie.



Die so genannten Kunststoff-Polymere werden schon seit einiger Zeit auf potentielle Anwendungen als organische Halbleiter in neuartigen optoelektronischen Bauelementen wie Leuchtdioden, Bildschirmen und Solarzellen untersucht. Gegenüber herkömmlichen Halbleitern wie Silizium oder Galliumarsenid bieten diese Polymere den Vorteil, einfach hergestellt werden zu können, und sich zu großen, mechanisch biegsamen Bauelementen verarbeiten zu lassen. Ein typisches halbleitendes Polymermolekül hat eine Länge von 100 nm, also einem zehntausendstel Millimeter, und kann entsprechend einem herkömmlichen Halbleiter elektrischen Strom sowie auch Energie in Form von molekularen Anregungen transportieren. Die Wanderung der Anregungsenergie innerhalb eines Moleküls sowie zwischen einzelnen Molekülen ist dabei von besonderer Bedeutung und hat weitreichende Folgen für die Effizienz der Bauelemente.

In Solarzellen etwa müssen sich molekulare Anregungszustände möglichst frei im Material bewegen können, um die Lichtenergie effektiv einzusammeln. In Leuchtdioden und Displays dagegen führt das Wandern von Anregungen zu einem Effizienzverlust. Dem Wissenschaftlerteam ist es jetzt gelungen, die Wanderung von Anregungsenergie innerhalb eines einzelnen Polymermoleküls zu beobachten und sogar zu beeinflussen. "Damit konnte erstmals die Emission einzelner leuchtender Untergruppen des Moleküls spektroskopisch identifiziert und charakterisiert werden", berichtet Dr. Jürgen Müller, der an der Arbeit maßgeblich beteiligt war. "Diese so genannten Chromophore sind für die Emissionsfarbe des molekularen Halbleiters verantwortlich." Zeitaufgelöste Messungen haben gezeigt, dass sich die individuellen Chromophore jedoch keineswegs unabhängig voneinander verhalten. Ähnlich wie die Lichter in der Kette am Weihnachtsbaum tauschen sie die von einem Anregungslaser nur auf ein Chromophor übertragene Energie untereinander aus. "Derartige molekulare Anregungen wandern dann von Chromophor zu Chromophor", so Lupton. "Sie sind über das gesamte Molekül hinweg mobil."

Besonders spannend ist, dass die Beweglichkeit der molekularen Anregungen keineswegs nur von der Art des Polymermoleküls abhängt. "Die Temperatur spielt auch eine entscheidende Rolle", so Lupton. "Weil dadurch die Wechselwirkung zwischen den Lichtern in der Polymerkette beeinflusst wird, kann durch eine einfache Temperaturänderung auch die Wanderung der Anregungen variiert werden." Während die "Nanolampen" bei tiefen Temperaturen weitgehend unabhängig voneinander leuchten, tritt bei hohen Temperaturen eine starke Wechselwirkung auf. "Das hat zur Folge, dass die gesamte Kette erlischt, wenn auch nur eine der Lichtquellen beschädigt wird", berichtet Lupton. "Bei tiefen Temperaturen dagegen erlischt nur ein einzelnes Segment ohne die anderen Einheiten der Kette in ihrer Leuchtfähigkeit zu beeinträchtigen."

Diese neuen Erkenntnisse erlauben einen grundlegenden Einblick in die Wirkungsweise organischer Halbleiter und lassen auf eine systematische Erhöhung des Wirkungsgrades solcher Materialien sowohl in Displayanwendungen wie auch in der Photovoltaik hoffen. "Unsere Beobachtungen legen aber auch nahe, dass polymerische Halbleiter hervorragende Materialien für Experimente an einzelnen Molekülen sind", meint Lupton. "Damit sind sie für die Entwicklung optoelektronischer Bauelemente, etwa Einzelphotonenquellen, auf der Basis einzelner Moleküle bestens geeignet."

Ansprechpartner:

Dr. John Lupton
Sektion Physik und Center for NanoScience
Tel: +49-89-2180-3356, Fax: -3441
E-Mail: john.lupton@physik.uni-muenchen.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.phog.physik.uni-muenchen.de

Weitere Berichte zu: Anregung Chromophor Halbleiter Lupton Molekül

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen
15.12.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

nachricht Care-O-bot® 4 macht sich selbstständig
15.12.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik