Wiener Physiker bauen mit einzelnen Atomschichten eine neue Art von Leuchtdiode.
Wenn Atome mit ihren Elektronen eine Bindung eingehen, entstehen dabei normalerweise Moleküle – zumindest, wenn das im freien Raum geschieht. Innerhalb eines Festkörpers können aber auch wesentlich exotischere Bindungsarten vorkommen, eine davon sind die „Exitonencluster“, sie lassen sich unter speziellen Bedingungen sogar als Lichtquelle nutzen, wie Forscher der TU Wien in einer neuen Studie (Nature Communications, 12. 4.) herausgefunden haben.
Die Cluster entstehen, wenn sich in speziellen Materialien positiv geladene Lücken auftun, erklärt der Physiker Thomas Müller: „Unter bestimmten Umständen können sich Löcher und Elektronen aneinander binden. Ähnlich wie in einem Wasserstoffatom ein Elektron um den positiv geladenen Atomkern kreist, kann im Festkörper ein Elektron um das positiv geladene Loch kreisen.“
Sandwich unter Strom
Normalerweise existieren solche Zustände nur bei extrem tiefen Temperaturen. Bei zweidimensionalen Materialien, die aus einer einzigen Atomschicht bestehen, ist das jedoch anders: Das Wiener Forscherteam hat für ihre Experimente solche Schichten aus verschiedenen Wolframverbindungen zwischen zwei Lagen Bornitrid eingefasst.
Über Graphen-Elektroden wurde an dieses ultradünne „Sandwich“ Spannung angelegt. „In so einem Schichtsystem haben die Exitonen eine viel höhere Bindungsenergie als in herkömmlichen Festkörpern und sind daher deutlich stabiler“, so Müller. Dadurch beginnen die Löcher auch bei Zimmertemperatur zu leuchten – eine völlig neuartige Lichtquelle, deren Wellenlänge auf sehr einfache Art gezielt beeinflusst werden kann, indem man die Form des elektrischen Pulses ändert.(däu)
("Die Presse", Print-Ausgabe, 20.04.2019)