Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

In diesen Solarzellen haben Elektronen den Dreh raus

26.08.2016

Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben beobachtet, dass Elektronen beim Stromtransport in bestimmten Materialstrukturen ausgerichtet sind. Auf diese Weise lassen sich Prozesse vermeiden, die zu Energieverlusten – zum Beispiel in Solarzellen – führen würden. Diese Beobachtung trägt maßgeblich dazu bei, das Verständnis für die grundsätzlichen mikroskopischen Prozesse in Solarzellen der nächsten Generation zu erhöhen.

Die Ergebnisse des Erlanger Teams des Lehrstuhls für Festkörperphysik, des i-Meet am Department für Materialwissenschaften und des Bayerischen Zentrums für Angewandte Energieforschung wurden jetzt im renommierten Fachmagazin Physical Review Letters veröffentlicht und von der Redaktion als Editor’s Suggestion besonders hervorgehoben.*


Bewegt sich ein Elektron durch organisch-anorganische Perowskit-Halbleiter, so zeigt sein Spin wie eine Magnetnadel stets senkrecht zur Bewegungsrichtung (gelb) und zu elektrischen Feldern (schwarz).

FAU/Daniel Niesner

Elektronen sind die Elementarteilchen, die elektrische Ladung transportieren, und so als Strom unser modernes Leben ermöglichen. Neben ihrer Ladung tragen die Elektronen auch einen Spin. Der Spin macht das Elektron zu einem winzigen Magneten. In den meisten Materialien kann dieser Magnet beliebig zur Bewegungsrichtung des Elektrons orientiert sein. Nur unter Ausnutzung ganz bestimmter Effekte lässt sich der Spin ausrichten.

Wissenschaftler suchen aktiv nach Materialien, in denen eine solche Ausrichtung stattfindet, da sich damit neuartige Elektroniken entwickeln ließen. Rechnungen haben gezeigt, dass dies in organisch-anorganischen Halbleitern mit Perowskit-Struktur der Fall sein könnte.

Diese Kristalle zeichnen sich dadurch aus, dass sie anorganische Komponenten (Blei oder Zinn, und Iod oder Brom) mit organischen Molekülen verbinden, und die wünschenswerten Eigenschaften beider Materialklassen kombinieren. Die Materialien haben in den letzten Jahren für Aufsehen gesorgt durch ihre hohe Effizienz in Solarzellen, Lasern, Leuchtdioden, sowie in Detektoren für sichtbares Licht, UV- oder Röntgenstrahlung.

Im Experiment konnte die Ausrichtung des Spins in dem Material jetzt erstmalig direkt nachgewiesen werden. Die Ausrichtung wird durch einen Effekt erreicht, der nach dem ukrainischen Physiker Emmanuil I. Raschba benannt ist. Dabei zeigt der Spin des Elektrons wie eine Magnetnadel stets senkrecht zu elektrischen Feldern, die durch Verzerrungen im Material erzeugt werden.

Wissenschaftler der FAU konnten den stärksten bis heute bekannten Raschba-Effekt nachweisen. Die Ergebnisse liefern einerseits eine Grundlage für die Erklärung und Optimierung der bisher nur teilweise verstandenen hohen Effizienz von Solarzellen und Lasern aus organisch-anorganischen Perowskit-Halbleitern.

Durch die Ausrichtung des Spins werden nämlich Stöße der Elektronen mit dem Gitter und mit anderen Elektronen reduziert, wodurch weniger Wärmeverluste zu verzeichnen sind. Andererseits sind völlig neue Anwendungen denkbar, in denen der Spin selbst durch Anlegen von Spannung manipuliert und als Datenspeicher oder für Rechenoperationen genutzt wird. Ein Spin-basierter Rechner könnte weit energieeffizienter arbeiten als heutige Computer.

* arXiv:1606.05867v3 – öffentlich einsehbarer Vorabdruck : https://arxiv.org/abs/1606.05867
Daniel Niesner et. al.: Giant Rashba Splitting in CH3NH3PbBr3 Organic-Inorganic Perovskite.

Weitere Informationen:
Dr. Daniel Niesner
Tel.: 09131/ 85-28403
daniel.niesner@fau.de

Dr. Susanne Langer | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.fau.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Gleichstrom für die Fabrik der Zukunft
06.12.2019 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

nachricht Bis zu 30 Prozent mehr Kapazität für Lithium-Ionen-Akkus
05.12.2019 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Das feine Gesicht der Antarktis

Eine neue Karte zeigt die unter dem Eis verborgenen Geländeformen so genau wie nie zuvor. Das erlaubt bessere Prognosen über die Zukunft der Gletscher und den Anstieg des Meeresspiegels

Wenn der Klimawandel die Gletscher der Antarktis immer rascher Richtung Meer fließen lässt, ist das keine gute Nachricht. Denn dadurch verlieren die gefrorenen...

Im Focus: Virenvermehrung in 3D

Vaccinia-Viren dienen als Impfstoff gegen menschliche Pockenerkrankungen und als Basis neuer Krebstherapien. Zwei Studien liefern jetzt faszinierende Einblicke in deren ungewöhnliche Vermehrungsstrategie auf atomarer Ebene.

Damit Viren sich vermehren können, benötigen sie in der Regel die Unterstützung der von ihnen befallenen Zellen. Nur in deren Zellkern finden sie die...

Im Focus: Virus multiplication in 3D

Vaccinia viruses serve as a vaccine against human smallpox and as the basis of new cancer therapies. Two studies now provide fascinating insights into their unusual propagation strategy at the atomic level.

For viruses to multiply, they usually need the support of the cells they infect. In many cases, only in their host’s nucleus can they find the machines,...

Im Focus: Cheers! Maxwell's electromagnetism extended to smaller scales

More than one hundred and fifty years have passed since the publication of James Clerk Maxwell's "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field" (1865). What would our lives be without this publication?

It is difficult to imagine, as this treatise revolutionized our fundamental understanding of electric fields, magnetic fields, and light. The twenty original...

Im Focus: Hochgeladenes Ion bahnt den Weg zu neuer Physik

In einer experimentell-theoretischen Gemeinschaftsarbeit hat am Heidelberger MPI für Kernphysik ein internationales Physiker-Team erstmals eine Orbitalkreuzung im hochgeladenen Ion Pr9+ nachgewiesen. Mittels einer Elektronenstrahl-Ionenfalle haben sie optische Spektren aufgenommen und anhand von Atomstrukturrechnungen analysiert. Ein hierfür erwarteter Übergang von nHz-Breite wurde identifiziert und seine Energie mit hoher Präzision bestimmt. Die Theorie sagt für diese „Uhrenlinie“ eine sehr große Empfindlichkeit auf neue Physik und zugleich eine extrem geringe Anfälligkeit gegenüber externen Störungen voraus, was sie zu einem einzigartigen Kandidaten zukünftiger Präzisionsstudien macht.

Laserspektroskopie neutraler Atome und einfach geladener Ionen hat während der vergangenen Jahrzehnte Dank einer Serie technologischer Fortschritte eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Analyse internationaler Finanzmärkte

10.12.2019 | Veranstaltungen

QURATOR 2020 – weltweit erste Konferenz für Kuratierungstechnologien

04.12.2019 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Arbeit

03.12.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Das feine Gesicht der Antarktis

13.12.2019 | Geowissenschaften

Leicht, stark und zäh: Forscher der Universität Bayreuth entdecken einzigartige Polymerfasern

13.12.2019 | Materialwissenschaften

Neu entdeckter Schalter steuert Zellteilung bei Bakterien

13.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics