Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Exzitonen in neuem Licht

06.07.2006
Leuchtdioden trotz weiter Verbreitung noch teilweise unverstanden? - Marburger Halbleiterphysiker widersprechen gängiger Auffassung des Lichtemissionsprozesses - Übersichtsartikel im Fachjournal Nature Materials

Leuchtdioden aus Halbleitermaterialien finden sich mittlerweile fast überall: in Haushaltsgeräten, als Anzeige- und Kontrolllichter oder als Laser in CD-Spielern, Laserdruckern und Supermarktscannern. "Der Prozess aber, durch den das Licht emittiert wird", so Professor Dr. Stephan W. Koch, der an der Philipps-Universität Marburg theoretische Halbleiterphysik lehrt, "ist in seinen Details immer noch nicht richtig verstanden. Zum Teil gibt es sogar massives Unverständnis hinsichtlich dessen Hintergründe." Nun hat das Fachjournal Nature Materials Stephan Koch und seine Kooperationspartner zu einem Überblicksartikel eingeladen, in dem sie den neuesten Stand der weltweiten Forschung kritisch diskutieren und ihr eigenes Konzept vorstellen, das die Fachwelt revolutionieren dürfte.

In "Halbleiter-Exzitonen in neuem Licht" ("Semiconductor excitons in new light", Nature Materials, 5. Juli 2006) berichten die Physiker darüber, dass nicht, wie allgemein angenommen wird, Exzitonen die Quelle des Lichts sind, das von Halbleitern emittiert wird, sondern dass häufig Elektron-Loch-Plasmen für die Lichterzeugung verantwortlich sind. Die Verwirrung rühre unter anderem daher, dass die experimentell gewonnenen Informationen über die Verteilung von Exzitonen in Halbleitern noch unzureichend sind. Um präzise in Erfahrung zu bringen, ob und unter welchen Bedingungen Exzitonen überhaupt auftreten, schlagen die Physiker spektroskopische Methoden auf Basis von Lichtquellen im Terahertzbereich vor.

Kochs Kooperationspartner sind der Marburger Juniorprofessor Dr. Mackillo Kira sowie Professorin Dr. Galina Khitrova und Professor Dr. Hyatt Gibbs von der US-amerikanischen University of Arizona in Tucson. Unter anderem als Forschungspreisträger der Alexander-von-Humboldt-Stiftung war Hyatt Gibbs bereits mehrfach zu Gast am Marburger Fachbereich Physik.

... mehr zu:
»Exziton »Physik

Plasma statt Exzitonen als Lichtquelle

Exzitonen - das Wort ist aus dem englischen "excitation" für "Anregung" abgeleitet - sind Elektron-Loch-Paare, die in enger Wechselwirkung miteinander stehen, also "gebunden" sind. Elektronen und Löcher in einem Plasma können sich hingegen frei und unabhängig voneinander bewegen. "Löcher" wiederum sind Stellen in einem Halbleiter, wo ein Elektron fehlt. Eine solche Stelle hat dieselben physikalischen Eigenschaften wie ein reales, positiv geladenes Teilchen, sodass sie auch als Quasi-Partikel bezeichnet wird.

Fällt ein Elektron in ein Loch - ein Vorgang, den man Rekombination nennt -, wird Energie frei und in Form von Licht ausgesandt. Kira und Koch haben nun erkannt, dass Lichterzeugung aufgrund einer solchen Rekombination nicht nur von Exzitonen herrühren kann, sondern dass dafür auch ein Elektron-Loch-Plasma in Frage kommt - und häufig sogar dominiert -, und zwar ohne dass sich dies an den Eigenschaften des ausgesandten Lichtes direkt erkennen ließe.

Um nun die Hintergründe der Lichtabstrahlung präzise in physikalischen Modellen fassen zu können, müssen die genauen Voraussetzungen für das Auftreten und die Verteilung von Exzitonen in Halbleitermaterialien bekannt sein. Die Autoren des Überblicksartikels bestreiten allerdings, dass sich diese Informationen mit Hilfe klassischer optischer Experimente gewinnen lassen. Vor allem die verbreitete Annahme, Exzitonen verhielten sich wie ein ideales Gas - würden also nicht miteinander in Wechselwirkung stehen - müsse zugunsten der Annahme eines miteinander wechselwirkenden Vielteilchensystems fallen gelassen werden.

Derzeitige Theorien und experimentelle Verfahren führen den Physikern zufolge zu Fehlinterpretationen der beobachteten Lichtemission: Man schreibe deren Charakteristika häufig allein dem Verhalten der Exzitonen zu, obwohl auch andere physikalische Phänomene wie das allmähliche Verschwinden des Polarisationszustands oder die Abstrahlung des Ladungsträgerplasmas eines Halbleiters zu vergleichbaren Spektren führen.

Terahertz-Spektroskopie ermöglicht direkte Beobachtungen

Darum müsse, so fordert das internationale Wissenschaftlerteam, insbesondere die noch junge Terahertz-Spektroskopie nun breitere Anwendung finden. Entsprechende Verfahren (an deren Entwicklung die Marburger Physiker Koch und Kira wesentlichen Anteil haben, siehe auch die Pressemitteilung der Philipps-Universität "Internationales Patent auf Terahertz-Laser und Verstärker angemeldet" unter http://www.uni-marburg.de/aktuelles/news/20060327terahertzpatent) arbeiten mit Licht, dessen Frequenz genau auf das Exziton abgestimmt ist. So gelingt es, Exzitonen gewissermaßen "direkt" zu beobachten; gleichzeitig wird verhindert, dass indirekte Verfahren zu möglichen Fehlschlüssen führen.

Weitere Informationen

Professor Dr. Stephan W. Koch: Philipps-Universität Marburg, Fachbereich Physik / Wissenschaftl. Zentrum für Materialwissenschaften, Renthof 5, 35032 Marburg

Tel: (06421) 28 21336, E-Mail: s.w.koch@physik.uni-marburg.de

Review "Semiconductor excitons in new light": Nature Materials, 5. Juli 2006, doi:10.1038/nmat1658, http://www.nature.com/nmat/journal/v5/n7/pdf/nmat1658.pdf

Bereits zu Beginn des Jahres veröffentlichte Stephan Koch im Fachjournal Nature Physics einen Überblicksartikel über eines seiner Spezialgebiete: quantenoptische Effekte in atomaren Systemen (siehe http://www.uni-marburg.de/aktuelles/news/20060203quantenoptik).

Thilo Körkel | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-marburg.de

Weitere Berichte zu: Exziton Physik

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Flashmob der Moleküle
19.01.2017 | Technische Universität Wien

nachricht Verkehrsstau im Nichts
19.01.2017 | Universität Konstanz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise