Zwei-dimensionale CdSe Nanoplatelets mit magischen Schichtdicken

• Antragstellerin: Professorin Dr. Ulrike K. Woggon
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 235473865

Niederdimensionale kolloidale Nanokristalle sind bekannt als Quantenpunkte (auch: Quantum Dots, Nanocrystals), Quantenstäbchen (Nanorods) oder als Bestandteil komplexer, gekoppelter Hetero- und Überstrukturen. Nachdem 2008 erstmalig die Synthese ideal zweidimensionaler, ultradünner CdSe Plättchen mit "magischen" Dicken d = n 0.302 nm (n=1, 2, 3 etc.) vorgestellt wurde, wuchs das wissenschaftliche Interesse an ihren optischen Eigenschaften schnell an. Die ersten optischen Daten atomar-flacher CdSe Nanoplättchen (engl.: nanoplatelets) zeigten spektral gut auflösbare elektronische Zustände im UV bis grünem Spektralbereich mit Eigenschaften, die überraschend stark von denen sphärischer und stäbchenartiger CdSe Nanokristalle abweichen und ebenfalls verschieden sind von denen epitaktisch (MBE) gewachsener II-VI Quantum Dots und Wells. Die ersten publizierten Beobachtungen dazu betreffen die Größe der strahlenden Übergangswahrscheinlichkeiten (Ithurria et al., Nature Materials 2011, 10, 936), die geringe Kopplungsstärke an Phononen und den großen Einfluß des dielektrischen Confinements auf die elektronischen Zustände (A. Achtstein et al., Nano Letters 2012, 12, 351). Im hier vorgelegten Projekt sollen grundlegende optische und elektronische Eigenschaften ideal zweidimensionaler, ultradünner CdSe Plättchen mit "magischen" Dicken untersucht und aufgeklärt werden. Der Einfluss der Coulombwechselwirkung und der dielektrischen Abschirmung auf die exzitonischen Energiezustände soll für verschiedene dielektrische Umgebungen und für unterschiedliche laterale Ausdehnungen systematisch als Funktion der Monolagenanzahl untersucht werden. Die Frage nach der Existenz und Größe exzitonischer Feinstrukturen in kubischen, ultradünnen CdSe Nanoplatelets soll durch Einzelobjektspektroskopie und zeitaufgelöste Lumineszenzmessungen beantwortet werden. In diesen, stark anisotropen, nur wenige Monolagen dicken CdSe Nanoplatelets soll die Stärke der Wechselwirkung von Exzitonen mit Phononen als Funktion von Form und Kristallstruktur untersucht werden und die Ursache für deren, bisher beobachteten geringen Kopplungsstärke gefunden werden. Der Nachweis und die Bestimmung der Stärke des optischen Starkeffekts als Funktion externer elektrischer Felder sowie das Verständnis mikroskopischer Ursachen für Zweiphotonenabsorptions- und anderer nichtlinearer Prozesse in idealen 2D-Nanostrukturen sind weitere Zielstellungen. Auf der Basis der gefundenen Ergebnisse sollen Anwendungskonzepte geprüft werden, die die geringe inhomogene spektrale Verbreiterung und die damit verbundenen scharfen Resonanzen ausnutzen für Sensoren, elektrooptische Modulatoren, Marker in der Mikroskopie oder als aktives Material in unterschiedlichsten hybriden Strukturen. Experimentelle Methoden der linearen und nichtlinearen Optik am einzelnen CdSe Nanoplatelet und am Ensemble werden kombiniert und durch theoretische Modelle ergänzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen