Resonante Ramanspektroskopie als Werkzeug zur Untersuchung kolloidaler Halbleiternanokristalle

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Gabriel Bester; Professor Dr. Holger Lange; Professorin Dr. Janina Maultzsch; Professor Dr. Horst Weller
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410910897

Kolloidale Halbleiternanokristalle, "quantum dots" (QDs) finden zunehmend Anwendung in Bereichen der Optoelektronik, Photovoltaik und Biodiagnose. Routinemäßig werden dafür sog. Kern-Schale QDs benutzt, für die der QD in einen zweiten Halbleiter mit größerer Bandlücke eingebettet wird. Die Oberflächenpassivierung verbessert viele optische Eigenschaften, wie die Quantenausbeute (Effizienz) und Photostabilität. Die genauen Eigenschaften der Grenzfläche zwischen QD Kern und Schale sind noch nicht geklärt. Ein Grund dafür ist der geringe Kontrast zwischen den beiden Materialien in elektronenmikroskopischen Untersuchungen. Ein weiterer für die Optik wichtiger Faktor ist die Kopplung der angeregten Ladungsträger an das Kristallgitter, Phononen. Die Elektron-Phonon Kopplung bestimmt den Ladungstransport und die Thermalisierung. Kürzlich wurden in verschiedenen Studien Effekte aufgezeigt, die eine starke Kopplung nahelegen. Es gibt für QDs allerdings kein unkompliziertes Experiment, dass eine direkte Bestimmung der Kopplungsstärke erlaubt. Wir schlagen vor beide Themenkomplexe mit resonanter Ramanstreuung anzugehen. Mit Ramanspektroskopie können Gitterschwingungen und damit die strukturellen Eigenschaften beobachtet werden. Ramanstreuung mit Variation der Anregungswellenlänge erlaubt diese Schwingungen mit den elektrischen Eigenschaften in Verbindung zu bringen und damit auch die Kopplung zu adressieren. Diese Methode ist bislang für QDs nicht etabliert. Ein Hauptgrund dafür ist, dass es keine konsistente Theorie für den Resonanzeffekt in QDs gibt. Wir schlagen in unserem Projekt vor, diese Lücke mit einem gemeinsamen Vorgehen von Experiment und Theorie zu schließen. Einmal verstanden, werden von uns Strukturinformationen in neuer Qualität und neue Erkenntnisse zur Elektron-Phonon Kopplung erwartet. Die Methode an sich ist in vielen Laboren möglich, unser Beitrag wird damit schnell aufgegriffen werden können und breiten Anklang finden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen