Kontrolle der Rekombination und des Transfers angeregter Zustände durch intelligentes Materialdesign

• Antragsteller: Professor Dr. Felix Deschler
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387651688

Die Forschung ist fortlaufend auf der Suche nach Halbleitermaterialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften für effiziente Anwendungen. Funktionelle Materialien sind in der Forschung und Entwicklung allgegenwärtig und speziell Halbleiter haben den Fortschritt von Spitzentechnologien und den erneuerbaren Energien vorangetrieben. Allerdings ist eine systematische Erforschung potentieller Materialien bisher limitiert, da das grundlegende Wissen über den Zusammenhang zwischen Materialstruktur und elektronischen sowie optischen Eigenschaften von Halbleitern fehlt. Ich nehme dieses Problem in Angriff, indem ich den Effekt der Dimensionalität angeregter Zustände auf ihre photophysikalischen Eigenschaften spektroskopisch und strukturell untersuche. Dabei liegt mein Fokus auf der strahlender Rekombination von Anregungen und ihrem Übertrag an Grenzflächen.Hierzu sind Materialien erforderlich, in denen durch einfache, definierte Veränderungen der Materialeigenschaften die photophysikalischen Eigenschaften angeregter Zustände kontrolliert werden können. Die neue Materialklasse der hybriden Metall-Halogenid-Perowskite macht dies nun möglich. Obwohl Perowskite bisher primär für photovoltaische Anwendungen untersucht wurden, bieten diese nun neue spannende Optionen für die Forschung. Ich möchte den wissenschaftlichen Blick auf Perowskite grundlegend erweitern und dieses Forschungsgebiet über seinen aktuellen Fokus der Anwendungsoptimierung hinaus, in eine neue Richtung führen. Veränderungen in der Kristallstruktur, Dimensionalität und Zusammensetzung dieser lösungsbasierten Materialien ermöglichen eine noch nie dagewesene Kontrolle über angeregte Zustände und Bandstruktur polykristalliner Halbleiter. Nur mit einem klaren Verständnis der Energie- und Ladungstransferprozesse zwischen Materialien mit unterschiedlichen elektronischen Eigenschaften im angeregten Zustand kann die Anregungsumwandlung effizient in Anwendungen genutzt werden. Mehrschichtige Heterostrukturen mit Perowskit-Monolagen sind einzigartige Van-der-Waals-Systeme, in denen neuen physikalischen Eigenschaften erwartet werden. Diese bieten zudem die Chance Transferprozesse an Schnittstellen zwischen Nanoschichten zu untersuchen, frei von Störungen durch Effekten aus dem Inneren des Materials, sowie struktureller Unordnung.. Die Ergebnisse aus meinem Forschungsprogramm haben weitreichende Bedeutung: (1) Erkenntnisse über grundsätzliche Zusammenhänge zwischen Materialstruktur und Eigenschaften angeregter Zustände beantworten zentrale physikalische Fragen zur Kontrolle elektronischer Zustände. Dieses Wissen kann die Entdeckung neuer Materialien durch Computer-gestützte Methoden revolutionieren. (2) Die Identifikation von Kriterien für hochwertige Halbleiter wird zudem zur Entdeckung neuartiger Materialien für optoelektronische Anwendungen führen. Das maßgeschneiderte Design optoelektronischer Eigenschaften wird zur Entwicklung von Solarzellen und Leuchtdioden mit optimierter Effizienz führen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: High pulse energy, high repetition rate amplifier laser system ; SNOM-AFM ; iCCD camera
• Gerätegruppe: 5091 Rasterkraft-Mikroskope ; 5430 Hochgeschwindigkeits-Kameras (ab 100 Bilder/Sek) ; 5700 Festkörper-Laser