Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

25.07.2017

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich. Materialwissenschaftler und Physiker der Universität Heidelberg und der University of St Andrews (Schottland) nutzten leuchtende und besonders stabile Transistoren, um eine starke Licht-Materie-Kopplung zu erreichen und damit Exziton-Polaritonen zu erzeugen.


Schematische Darstellung eines leuchtenden Transistors mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen zwischen zwei Spiegeln zur elektrischen Anregung von Polaritonen.

Erstellt von Ko-Autor Dr. Yuriy Zakharko

Diese Teilchen bilden eine wichtige Grundlage für die Realisierung neuer Lichtquellen, sogenannter elektrisch gepumpter Polariton-Laser, die mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen hergestellt werden könnten. Die aktuellen Erkenntnisse sind Ergebnis einer Forschungszusammenarbeit von Prof. Dr. Jana Zaumseil (Heidelberg) und Prof. Dr. Malte C. Gather (St Andrews). Sie wurden in „Nature Materials“ veröffentlicht.

Die Forschung an organischen, kohlenstoff-basierten Halbleitern für optoelektronische Bauelemente hat in den vergangenen Jahren zu verschiedenen Anwendungen geführt. Dazu gehören zum Beispiel Leuchtdioden für energiesparende und hochauflösende Bildschirme, die in Smartphones und Fernsehern eingesetzt werden.

Trotz der rasanten Entwicklung ist es bisher jedoch nicht gelungen, elektrisch gepumpte Laser aus organischen Materialien herzustellen. Um der Realisierung näher zu kommen, arbeiten die Wissenschaftler in Heidelberg und St Andrews an der Kopplung von Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen – mikroskopisch kleinen, röhrenförmigen Gebilden aus Kohlenstoff.

Werden Photonen (Licht) und Exzitonen (Materie) dazu gebracht, ausreichend schnell Energie auszutauschen, erzeugen sie neue Quasiteilchen, sogenannte Exziton-Polaritonen, die auch Licht abgeben.

Unter bestimmten Bedingungen kann diese Emission die Eigenschaften von Laserlicht annehmen. Seit Kurzem werden diese Exziton-Polaritonen als neuer und effizienter Weg zu einer laserartigen Lichtemission in organischen Materialien intensiv untersucht, wie Jana Zaumseil betont.

Die Wissenschaftler um Prof. Zaumseil und Prof. Gather haben mit früheren Arbeiten bereits gezeigt, dass Exziton-Polaritonen in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet werden können. Um die Bildung der licht-emittierenden Quasiteilchen anzuregen, wurde jedoch ein externer Laser eingesetzt.

Mit ihren aktuellen Untersuchungen konnten die Forscher nun zeigen, dass diese Teilchen auch durch elektrische Anregung, das heißt mittels Strom, gebildet werden können. Dazu entwickelten sie einen leuchtenden Transistor mit einer dichten Schicht von halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen, der zwischen zwei Spiegeln aus Metall eingebettet wurde.

Aufgrund der hohen Stabilität und Leitfähigkeit der Kohlenstoff-Nanoröhrchen konnten in diesen leuchtenden Transistoren extrem hohe Ströme und somit Polaritondichten erreicht werden, wobei diese Polaritondichten einige Größenordnungen über allen bisher gezeigten Werten liegen.

Berechnungen des Doktoranden Arko Graf – einer der beiden Erstautoren der Studie – zeigen, dass die Realisierung eines elektrisch gepumpten Lasers so in realistische Reichweite rückt. Dabei kann das auf diese Weise erzeugte Licht über einen großen Bereich des nahen Infrarot variiert werden, was insbesondere für Anwendungen in der Telekommunikation von Interesse ist.

Originalpublikation:
A. Graf, M. Held, Y. Zakharko, L. Tropf, M.C. Gather and J. Zaumseil: Electrical pumping and tuning of exciton-polaritons in carbon nanotube microcavities. Nature Materials (published online 17 July 2017), doi: 10.1038/nmat4940

Kontakt:
Prof. Dr. Jana Zaumseil
Physikalisch-Chemisches Institut
Telefon (06221) 54-5065
zaumseil@uni-heidelberg.de

Kommunikation und Marketing
Pressestelle, Telefon (06221) 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de

Weitere Informationen:

http://www.pci.uni-heidelberg.de/apc/zaumseil/index.html
http://gatherlab.wp.st-andrews.ac.uk

Marietta Fuhrmann-Koch | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht VLT macht den präzisesten Test von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie außerhalb der Milchstraße
22.06.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Neue Phänomene im magnetischen Nanokosmos
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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