Einzelkristall Tieftemperatur Ultrakurzzeitfluoreszenzmikroskop

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443153421

Das Großgerät soll verwendet werden um fundamentale optische, elektronische und optoelektronische Eigenschaften von neuartigen Materialien zu bestimmen. Es geht darum zu verstehen wie die Eigenschaften durch Zusammensetzung und Struktur der Materialien zustande kommen. Mit diesem Wissen können die Materialien gezielt für optoelektronische Anwendungen, z.B. für Laser, LEDs und Solarzellen optimiert werden. Die Basis für die Untersuchungen bilden Nanomaterialien, da sie oft einfach und reproduzierbar zu synthetisieren sind. Zudem weisen sie bei geeigneter Größe Quanteneinschränkungseffekte auf, was zum einem bei den Untersuchungen hilfreich sein kann. Des Weiteren können damit die Eigenschaften der Materialien modifiziert werden. Besonders soll der Fokus auf einzelne Nanokristalle und Nanostrukturen verschoben werden. An denen sollen dann auch ultraschnelle Prozesse untersucht werden, wie nichtradiativer Energietransfer (FRET) Exziton-Exziton Annihilation. Dazu ist das Großgerät von Nöten, das die erforderlichen kurzen Emissionswellenlängen (<400 nm) und kurzen Pulslängen sowie ultraschnelle Detektion bereitstellt. Im Wesentlichen sind Untersuchungen an vier Materialsystemen geplant: a) Halidperowskitnanokristalle, b) Carbon Dots, c) ZnO-AA Kristalle und d) hybride plasmonisch-exzitonische Nanostrukturen. Bei den Halidperowskiten geht es hauptsächlich darum die großen Stabilitätsprobleme sowie die Ineffizienz im blauen Spektralbereich zu lösen. Die Stabilität kann grundlegend erhöht werden, in dem die Perovskite in einer schützenden Mizelle synthetisiert werden. Für die blaue Emission scheinen zweidimensionale Nanoplättchen ein äußerst geeigneter Kandidat zu sein. Während beide Nanosysteme viel Potential aufweisen ist wenig über ihre genauen Eigenschaften bekannt, besonders auf der Einzelkristallebene. Zudem gibt es noch viel Potential für weitere Verbesserung der beiden, wozu aber eine detaillierte Kenntnis über den Zusammenhang zwischen Beschaffenheit und optoelektronischen Eigenschaften nötig ist. Die Carbon Dots und die mit Aminosäuren dotierten ZnO-Kristalle sind interessante Hybridmaterialien, die organische und anorganische Komponenten haben. Beide sind vor allem für den Einsatz im blauen/ultravioletten Spektralbereich interessant und werden für vielfältige Anwendungen von LEDs zu Biomarker und sogar zur Photokatalyse. Bei den Carbon Dots ist immer noch nicht genau klar, wie die interne Struktur aussieht, da man kaum auf Einzelkristallebene proben konnte, u.A. wegen der geringen Größe und der notwendigen Anregung im Ultravioletten. Der Einbau von Aminosäuren erlaubt eine Veränderung der optischen Eigenschaften der ZnO-Kristalle. Jedoch ist der Mechanismus dafür bisher noch nicht vollständig verstanden. Plasmonische Strukturen sollen im Projekt dann verwendet werden in Kombination mit den anderen Materialien um besonders die Absorption und Emission gezielt zu verändern.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Einzelkristall Tieftemperatur Ultrakurzzeitfluoreszenzmikroskop
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Ludwig-Maximilians-Universität München
• Leiter: Professor Dr. Alexander Urban