Ringelreihen in der OLED: Wenn Elektronen Händchen halten

OLEDs haben die Displaytechnik revolutioniert und finden sich heute in vielen Smartphones. Ein internationales Forscherteam der Universitäten in Regensburg, Salt Lake City und Queensland konnte nun zeigen, welches Potential OLEDs auch in der wissenschaftlichen Grundlagenforschung haben.

Erstmals wurden zwei bislang nur theoretisch vorhergesagte Phänomene der Quantenphysik experimentell aufgezeigt: der „AC-Zeeman Effekt“ und der „Spin-Dicke Effekt“. Dabei werden die Elektronen in einer OLED unter Einstrahlung von Radiowellen quasi gleichgeschaltet, sodass sich ein neuartiger kollektiver Zustand ausbildet.

Die Elementarladung einer OLED, das Elektron, verhält sich wie ein kleiner Stabmagnet. Richten sich viele dieser Stabmagnete zusammen in die gleiche Richtung aus, so spricht man von Magnetismus. Diese magnetische Eigenschaft der Elektronen bezeichnet man als „Spin“.

Wird eine OLED in einem Magnetfeld mit elektromagnetischen Radiowellen bestrahlt, führt dies bei einer bestimmten Magnetfeldstärke zu einer positiven Änderung des Stroms: eine Resonanz entsteht, vergleichbar einer schwingenden Gitarrensaite.

Dies ist das Grundprinzip der Magnetresonanz, das beispielsweise dem Kernspintomographen zugrunde liegt. Wichtig ist dabei, dass die Resonanzbedingung von der Frequenz der Radiowelle gegeben wird, und nicht von der Intensität der Strahlung. Auch dies kennt man von der Gitarrensaite: der Ton ändert sich nicht mit der Kraft, mit der man die Saite zupft, sondern nur die Lautstärke.

OLEDs eignen sich bestens, um solche Resonanzphänomene zu untersuchen. So konnten die Forscher nun erkunden, was passiert, wenn die Intensität der elektromagnetischen Strahlung derart erhöht wird, dass die Spins buchstäblich nicht mehr wissen, wo oben und unten ist. Zunächst spaltet sich die Resonanz in zwei Frequenzen auf: der sogenannte „AC-Zeeman Effekt“.

Bei einer kritischen Intensität allerdings fangen alle Spins an, sich gleichzeitig in dieselbe Richtung zu drehen, sie sind quasi geordnet: Die Elektronen tanzen Ringelreihen, was sich im Strom der OLED auswirkt und die Resonanz dramatisch verändert. Vergleichen lässt sich dieses Geschehen mit den vielen Instrumenten eines Symphonieorchesters: Eben noch hat jeder Musiker sein Instrument gestimmt, man hört nur ein wirres Durcheinander.

Doch mit Einsatz des Taktstocks – in diesem Fall in Form der Radiowellen – erklingt schlagartig ein harmonisches Ensemble. Dieser „Spin-Dicke Effekt“ wurde schon lange vorausgesagt und konnte nun erstmals in der OLED sichtbar gemacht werden.

Mit dem experimentellen Zugang zu diesen beiden Quantenphänomenen erhoffen sich die Forscher die Entwicklung neuartiger hochempfindlicher Magnetfeldsensoren, die mit den Vorzügen der einfachen Verarbeitung von OLEDs aufwarten.

Die Ergebnisse des Forschungsteams der Universität Regensburg (Prof. Dr. John Lupton), der University of Utah (Prof. Dr. Christoph Boehme) und der University of Queensland (Prof. Dr. Paul Burn) wurden in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Physics“ veröffentlicht (DOI: 10.1038/nphys3453).

Original-Titel der Publikation:
The Spin-Dicke Effect in OLED Magnetoresistance, Fachjournal „Nature Physics“

Der Artikel im Netz unter:

http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphysXXXX.html

Ansprechpartner für Medienvertreter:
Prof. Dr. John Lupton
Universität Regensburg
Lehrstuhl für Experimentelle und Angewandte Physik
Kontakt per E-Mail: John.Lupton@ur.de