Transport ohne Träger

Physiker aus Marburg und dem finnischen Aalto haben eine Versuchsanleitung entwickelt, die neue nanotechnische Anwendungen von Halbleitern eröffnet. Demnach ist eine Sequenz  elektromagnetischer Pulse in der Lage, Ladungen über die inneren Grenzflächen von Halbleitern zu transportieren, die aus ungleichartigen Materialien bestehen. Das Team veröffentlicht seine Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“, die am 20. März 2015 erscheint.

Professor Dr. Stephan Koch (links), Professor Dr. Mackillo Kira (Fotos: AG Theoretische Halbleiterphysik)

„Der Transport von Ladungen über Grenzflächen hinweg ist von entscheidender Bedeutung bei vielen Naturerscheinungen und technischen Anwendungen“, erklärt Mitverfasser Professor Dr. Mackillo Kira von der Philipps-Universität. Das gilt etwa für Solarzellen, aber auch für organische Prozesse wie die Photosynthese, mit der Pflanzen Energie aus Sonnenlicht gewinnen. Solarzellen beruhen auf Halbleitern, die aus mehreren Schichten verschiedener Materialien aufgebaut sind.

Kira und sein Marburger Kollege Professor Dr. Stephan Koch sowie ihre finnischen Partner Dr. Osmo Vänskä und Professor Dr. Ilkka Tittonen wählten als Modell ein Halbleitersystem auf der Basis von Galliumarsenid, das die Beweglichkeit eines Teilchens stark einschränkt, einen so genannten Quantentopf. Sie nutzten einen vor wenigen Jahren entwickelten Theorierahmen für die Quanten-Laserspektroskopie, um zu zeigen, wie ein effizienter Ladungstransfer über innere Grenzflächen hinweg verwirklicht werden kann. Dabei kommen Terahertz-Strahlen zur Anwendung, um den Halbleiter kontrolliert anzuregen.

„Das gelingt derart präzise, dass es sogar möglich ist, quantenmechanische Eigenschaften zu transportieren, ohne Teilchen zu bewegen“, hebt Koautor Koch hervor. Die vorgeschlagene Vorgehensweise ist den Autoren zufolge geeignet, Grenzflächen bei nanotechnologischen Anwendungen zu charakterisieren und deren Eigenschaften nutzbar zu machen.

Professor Dr. Stephan Koch und Professor Dr. Mackillo Kira lehren Theoretische Halbleiterphysik an der Philipps-Universität. Erst vor wenigen Jahren legten sie einen neuen Theorierahmen für die Quanten-Laserspektroskopie vor.

Die aktuelle Veröffentlichung wurde unter anderem von der „Suomen Akatemia“ (Akademie von Finnland) sowie durch den Sonder-forschungsbereich (SFB) 1083 der Deutschen Forschungs-gemeinschaft an der Philipps-Universität finanziell gefördert. Der SFB vereint mehr als 60 Forscherinnen und Forscher aus Chemie und Physik , die Grenzflächen an einer Vielzahl an organische r und organische r Festkörper untersuchen, um anhand ihrer Modellsysteme zu einem detaillierten Verständnis der chemischen Bindung , der elektronische n Kopplung und der Energieübertragung zu gelangen .

Originalveröffentlichung: Osmo Vänskä & al.: Coherent terahertz control of vertical transport in semiconductor heterostructures, Physical Review Letters 114 (2015), 116802
DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.116802, URL: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.114.116802

Weitere Informationen:

Ansprechpartner: Professor Dr. Mackillo Kira,
Fachgebiet Theoretische Halbleiterphysik
Tel.: 06421 28-2 4222
E-Mail: Mackillo.Kira@physik.uni-marburg.de
Homepage: http://www.uni-marburg.de/fb13/forschung/theoretische-halbleiterphysik

Pressemitteilung zur Theorie der quantenoptischen Spektroskopie: http://www.uni-marburg.de/aktuelles/news/2011/0918a

Pressemitteilung zum SFB 1083: http://www.uni-marburg.de/aktuelles/news/2013b/0524a