GRK 2818:  Optische Anregungen in organischen und anorganischen Halbleitern: Verstehen und Kontrollieren durch externe Stimuli

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie ; Polymerforschung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464648186

Halbleitermaterialien sind zweifellos der Eckpfeiler der modernen Elektronik und von zentraler Bedeutung für ein nachhaltiges Wirtschaftswachstum. Um den technischen Anforderungen an moderne Elektronik gerecht zu werden, hat die Computerchip-Industrie die Strukturierung traditioneller, anorganischer Halbleiter auf immer kleinere Längenskalen vorangetrieben, so dass inzwischen die Ausdehnung eines angeregten Zustands im Halbleiter durch dessen Nanostrukturierung begrenzt wird. Dies ändert die Gesetzmäßigkeiten, denen solche Photoanregungen unterliegen. Umgekehrt ist es inzwischen möglich, Moleküle gezielt in supramolekularer Architekturen anzuordnen, und die Ordnung in molekularen Halbleiterfilmen zu kontrollieren, sodass sich dort die normalerweise auf ein Molekül begrenzten Photoanregungen über mehrere Moleküle kohärent ausbreiten. Als Folge dieser Entwicklungen befassen sich Forscher, die nanostrukturierte anorganische Halbleiter untersuchen, und Forscher, die sich organischen Halbleitermaterialien widmen, häufig mit ähnlichen Fragen, ohne jedoch von den Erkenntnissen der anderen zu profitieren. Im Gegenteil, aufgrund mangelnder Kommunikation kommt häufig zu erheblichen Missverständnissen. Dies ist ein wissenschaftliches Problem, das das IRTG sowohl in seiner Forschung als auch in seinem Qualifizierungsprogramm angehen möchte. Ein Schwerpunkt in beiden Gemeinschaften ist die Frage, wie wir die Funktion und Bestimmung eines Halbleiters verändern können. Traditionell wird diese durch seine Bausteine definiert und festgelegt. Um unterschiedliche Funktionen wie Lichtemission, Sensorik, Signalisierung oder Energiegewinnung zu ermöglichen, mussten chemisch unterschiedliche Bausteine verwendet werden. Hier wollen wir einen radikal anderen, von der Natur inspirierten Ansatz verwenden. Die Natur erreicht unterschiedliche Funktionen und Bestimmungen in lichtaktiven Systemen, indem sie die lokale Umgebung des „Halbleiters“ anpasst. Ein klassisches Beispiel hierfür sind Bakterien, die Photosynthese betreiben. Bei ihnen wir die Einbettung von lichtsammelnden Proteinen jeweils an die Erfordernisse angepasst und die Ladungs- und Energieerzeugung modifiziert. Wir wollen einen ähnlichen Ansatz auf unsere organischen und anorganischen künstlichen photoaktiven Systeme anwenden. Unser Ziel ist es, durch externe Reize die Funktionalität des Halbleiters zu definieren, ohne seine chemische Zusammensetzung zu verändern. Als externe Reize werden wir Licht, lokale elektromagnetische Felder und Selbstorganisationsprozesse zur Anpassung der lokalen Umgebung verwenden. Wir wollen so die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie besser verstehen und kontrollieren, über verschiedene Materialklassen hinweg und im Hinblick auf technologisch relevante Anwendungen.

• DFG-Verfahren: Internationale Graduiertenkollegs
• Internationaler Bezug: Australien
• Antragstellende Institution: Universität Bayreuth
• IGK-Partnerinstitution: Monash University; The University of Melbourne
• Sprecherin: Professorin Dr. Anna Köhler
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professor Dr. Johannes Brendel, seit 8/2024; Professor Dr. Georg Herink; Professorin Dr. Eva M. Herzig; Professor Dr. Jürgen Köhler; Professor Dr. Stephan Kümmel; Professor Dr. Markus Lippitz; Professor Dr. Harald Oberhofer; Dr. Fabian Panzer; Professor Dr. Markus Retsch; Professor Dr. Mukundan Thelakkat, bis 7/2024
• Sprecher (IGK-Partner): Professor Dr. Paul Mulvaney