Spektroskopie chemisch- und feldinduziert dotierter Kohlenstoffnanoröhren auf Ensemble- und Einzelpartikelbasis

• Antragsteller: Professor Dr. Tobias Hertel
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315402952

Die Dotierung von Halbleitern durch Zugabe oder Wegnahme von Ladungsträgern kann zur Kontrolle deren elektronischer und optischer Struktur eingesetzt werden. Hierdurch ergeben sich zahlreiche Möglichkeiten für die Herstellung vielseitig einsetzbarer Materialien mit neuen Eigenschaften, da praktisch alle Halbleiterattribute, wie Leitfähigkeit, Energietransport und Dissipation, sowie die Fähigkeit zur Lichtdetektion und -Emission, durch Ladungsträgerkonzentrationen beeinflusst werden. Die Revolution der Mikro- und Nanoelektronik während der letzten 50 Jahre, beispielsweise, wäre ohne ein fundamentales Verständnis der Dotierung halbleitender Festkörper undenkbar gewesen. Auch die Dotierung nanoskaliger Halbleiter spielt für die Entwicklung zukünftiger Technologien eine zentrale Rolle, ist aber bei weitem noch nicht so ausgereift oder verstanden. Insbesondere die Kontrolle und spektroskopische Bestimmung der Dotierung eindimensionaler Halbleiterpartikel steckt teilweise noch in den Kinderschuhen.Im Rahmen dieses Forschungsprojektes sollen die in den letzten Jahren gemachten Fortschritte bei der Herstellung hochreiner halbleitender Kohlenstoffnanoröhren (s-SWNTs) mit neuen spektroskopischen Entwicklungen kombiniert werden, um die Dotierung von s-SWNTs besser verstehen und steuern zu können.Im Einzelnen zielt das Vorhaben darauf ab A) robuste Methodik für die einheitliche Dotierung von s-SWNTs mittels chemischer und physikalischer Prozesse zu entwickeln, B) die Nachweismöglichkeiten solcher Dotierung durch verschiedene spektroskopische Sonden zu ermitteln, C) Heterogenität bei der Dotierung besser zu verstehen und ggf. eliminieren zu können, und D) die Grundlage für quantitative Vorhersagen über die Auswirkung von Dotierung auf die optischen Eigenschaften von s-SWNTs und anderer eindimensionaler Halbleiter zu schaffen.Das Projekt nutzt für die Erreichung dieser Ziele sowohl Fortschritte bei der Herstellung halbleitender s-SWNT Proben, wie auch neu entwickelte Methodik zur Spektroskopie dotierter s-SWNTs auf Ensemble- und Einzelpartikelbasis. So soll insbesondere der Charakter der Dotierung durch einen systematischen Vergleich chemischer und physikalischer Dotierungsverfahren besser verstanden werden. Chemisch werden s-SWNTs hier sowohl durch kovalente als auch durch nicht-kovalente Wechselwirkungen mit redoxaktiven Agenzien dotiert, während die physikalische Dotierung im wesentlichen durch feldinduzierte Kontrolle elektrochemischer Potenziale hervorgerufen werden soll. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sollen in Zukunft eine quantitative Analyse und Nutzung dotierter s-SWNTs für grundlegende Forschungsvorhaben wie auch für potenzielle Anwendungen ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen