Ultrafast dynamics of light-matter-coupling processes in functionalized semiconductor nanowire structrures

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Gutowski; Professor Dr. Tobias Voß
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 186128001

Das zentrale Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung der Elektronen-/Exzitonen-Relaxations- und Rekombinationsdynamiken in hybriden und funktionalisierten Halbleiter-Nanodraht-Strukturen. Während der ersten Förderperiode dieser Forschergruppe konnten die folgenden drei Probenstrukturen als die vielversprechendsten für weitere Untersuchungen identifiziert werden: 1) Kolloidale CdSe-Quantenpunkte, die über Carboxylsäure-Moleküle an die Oberfläche von ZnO-Nanodrähten angeheftet werden. Dieses attraktive Modellsystem für Sensoren und Solarzellen mit anorganischen Quantenpunkten als Lichtabsorber kann dazu verwendet werden, um die Elektronenübergänge zwischen den Quantenpunkten und dem Nanodraht über die organischen Säuremoleküle zu studieren (weiter laufende Kooperation mit Teilprojekten E3 und P4). 2) InGaN/GaN-Nanodrähte funktionalisiert mit organischen Farbstoffmolekülen. In einer fortlaufenden Kooperation mit den Teilprojekten P3 und E3 wird der Energietransfer von InGaN-Quantenfilmen in 3D-Nano-LEDs in organische Farbstoffmoleküle untersucht. Die Farbstoffmoleküle werden in dünnen Schichten (im Idealfall bei hinreichender Effizienz und Stabilität in Monolagen) auf die Oberfläche der Nanodrähte aufgebracht, und der Energietransfer soll mit Hilfe zeitaufgelöster optischer Spektroskopie untersucht werden. Ziel dieser Untersuchungen ist die Identifizierung der physikalischen Kopplungsmechanismen zwischen den Quantenfilm-Exzitonen (bzw. Elektron-Loch-Paaren) und dem elektronischen System des Farbstoffs. Die Strukturen sollen dabei in der Art optimiert werden, dass ein effizienter und schneller Förster-Transfer erreicht wird. 3) Dreidimensionale Nanodraht/Polymer-Strukturen sollen mit der Methode der oxidativen Gasphasendeposition (oCVD) für leitfähige Polymere hergestellt werden, um hybride Nanostrukturen mit optoelektronischer Funktionalität zu erzeugen. Dies ist eine weiter laufende Kooperation mit den Teilprojekten P4 und P2 sowie der Gruppe von Lutz Mädler, Institut für Werkstofftechnik, Universität Bremen. In Vorarbeiten während der ersten Förderperiode der Forschergruppe konnte gezeigt werden, dass sich sowohl ZnO- als auch GaN-Nanodrähte mit der oCVD-Methode konform und homogen mit p-leitfähigen Polymeren (Polypyrrol und Poly-ethylendioxithiophen) ummanteln lassen. Erste Untersuchungen der optischen und elektrischen Eigenschaften dieser hybriden Strukturen werden aktuell durchgeführt und zeigen vielversprechende Eigenschaften. Die Ziele für die zweite Förderperiode umfassen die systematische Untersuchung der optischen Eigenschaften der hybriden Strukturen, die ultraschnelle Dynamik ihrer optischen Anregungen sowohl im organischen als auch anorganischen Teil, und als finales Ziel die Demonstration von Elektrolumineszenz aus einzelnen hybriden Nanodrähten. - Zusätzlich wird dieses Projekt allen anderen Projekten der Forschergruppe die Expertise im Bereich der Femto- und Pikosekundenspektroskopie zur Verfügung stellen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1616: Dynamik und Interaktion von Halbleiternanodrähten für die Optoelektronik