Licht aus neuartigen Teilchenzuständen

Eine neue Art Leuchtdiode hat ein Team der Technischen Universität (TU) Wien soeben vorgestellt. In dünnen Schichten aus nur wenigen Atomlagen kann man mit Hilfe exotischer „Exzitonencluster“ Licht erzeugen.

Wenn Teilchen eine Bindung eingehen, entstehen normalerweise Atome oder Moleküle – zumindest wenn das im freien Raum passiert. Im Inneren eines Festkörpers lassen sich noch viel exotischere Bindungszustände herstellen.

Exzitonen Lichtwelle: Die ultradünne Atomschicht wird zur Leuchtdiode

TU Wien

Exzitonen Lichtwelle: Die ultradünne Atomschicht wird zur Leuchtdiode

Fehlt in einem Material an einer Stelle ein Elektron, ist dieser Ort positiv geladen. Wissenschaftler sprechen in einem solchen Fall von einem „Loch“. „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“, so Thomas Müller vom Institut für Photonik der TU Wien in einer Aussendung der Uni zu der in „Nature Communications“ erschienenen Studie.

Steuerbares Licht

Während diese speziellen Tandems in den meisten Materialen nur bei extrem tiefen Temperaturen entstehen können, ist das in zweidimensionalen Materialien anders. Diese bestehen aus Schichten, die nur eine Atomlage dünn sind. In solche extrem dünnen Materialschichten aus Wolfram und Selen oder Schwefel haben die TU-Forscher um Müller, Matthias Paur und Aday Molina-Mendoza durch das Anlegen elektrischer Pulse nun solchen Bindungszustände aus Elektronen und „Löchern“ im Material, sogenannte „Exzitonencluster“, erzeugt.

Zerfallen sie später wieder, setzen sie Energie in Form von Licht frei. „Unser leuchtendes Schichtsystem ist nicht nur eine großartige Möglichkeit, Exzitonen zu studieren, sondern auch eine neuartige Lichtquelle. Wir haben damit nun eine Leuchtdiode, deren Wellenlänge man gezielt beeinflussen kann - und zwar auf sehr simple Weise, einfach durch die Form des angelegten elektrischen Pulses“, sagt Paur.

science.ORF.at/APA

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