Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Warum Nanokristalle magnetisch werden und dabei auch noch das Licht anschalten

13.04.2017

Nanokristalle sind Objekte mit Ausdehnungen von wenigen Milliardstel Metern. Für die Forschung und die Industrie sind sie ziemlich attraktiv, weil sie vergleichsweise einfach hergestellt werden können und vielfältig anwendbar sind – in der Photovoltaik, der Optoelektronik oder der medizinischen Diagnostik und Therapie. Obwohl fast drei Jahrzehnte intensiv geforscht wurde, gibt es immer noch offene Fragen. Eine davon hat ein internationales Wissenschaftler-Team unter der Leitung der TU Dortmund nun geklärt: Die Physikerinnen und Physiker haben herausgefunden, weshalb Nanokristalle unter bestimmten Bedingungen Licht aussenden obwohl dies eigentlich nicht möglich sein sollte.

Seine Erkenntnisse hat das Wissenschaftler-Team in der renommierten Fachzeitschrift Nature Nanotechnology veröffentlicht.

Injiziert man – beispielsweise über Strom – Ladungsträger in einen Nanokristall mit dem Ziel, diese in Licht umzuwandeln, so fallen ihre Ladungen in den sogenannten Grundzustand. Dort bilden die geladenen Elementarteilchen eine „dunkle“ Konfiguration aus. Ursache hierfür ist der Eigendrehimpuls der Elektonen, also der Spin, der mit einem Kreisel vergleichbar ist.


Injizierte Elektronen bringen Nanokristalle dazu, Licht auszusenden.

Grafik: get4net_Shotshop.com

Quelle: TU Dortmund

Im Grundzustand verhalten sich die Spins der injizierten Ladungsträger in ihrer Summe so, dass eine Umwandlung in Licht eigentlich nicht möglich ist – daher der Begriff „dunkel“. Dies würde ihren Einsatz in der Optoelektronik allerdings erheblich einschränken. Schließlich werden bei der Optoelektronik Bauelemente und Verfahren entwickelt, die elektrische Energie in Licht oder Licht in elektrische Energie umwandeln.

Obwohl eine Emission von Licht eigentlich nicht möglich ist, wurde trotzdem eine intensive Lichtemission aus diesem Grundzustand heraus beobachtet. Eine Kollaboration von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Gent, Paris, St. Petersburg und Washington hat unter Federführung von Prof. Dmitri Yakovlev aus dem Bereich Experimentelle Physik 2 der TU Dortmund den Grund für den scheinbaren Widerspruch gefunden. So weisen die Nanostrukturen an ihrer Oberfläche ungebundene Elektronen auf.

Mit diesen Ladungen treten die injizierten geladenen Elementarteilchen in Wechselwirkung über sogenannte Flip-Flop-Prozesse. Dabei tauschen die Eigendrehimpulse einer injizierten Ladung und einer Ladung an der Oberfläche ihre Rotationsrichtung. Dadurch wird die ursprünglich dunkle Konfiguration hell, und Lichtemission ist möglich.

Dies hat aber auch noch eine weitere Konsequenz: Durch das wiederholte Umkehren der Spins nach jeder Injektion von Ladungen werden alle Spins der Elektronen an der Oberfläche entlang einer Richtung orientiert. Darüber wird der Nanokristall magnetisch, was ebenfalls aus der Lichtemission eindeutig hervorgeht.

Das im Nanokristall vorhandene Magnetfeld ist nahezu um eine Million stärker als das Erdmagnetfeld. Die kollektive Orientierung der Oberflächenspins, ohne dass hierfür ein starkes externes Magnetfeld angelegt werden muss, war die Vision eines Pioniers der Spinphysik, Igor Merkulov aus St. Petersburg. Bedauerlicherweise hat er die Umsetzung seiner Vision nicht mehr miterleben dürfen, da er 2012 viel zu früh verstorben ist.

Weitere Informationen:

http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2017.22.html

Martin Rothenberg | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.tu-dortmund.de/uni/de/Uni/aktuelles/meldungen/2017-04/17-04-13_nanokristalle/index.html

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