Messplatz für die zeit- und ortsaufgelöste optische Spektroskopie

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 537598070

Die zeitaufgelöste Photolumineszenz-Spektroskopie hat sich im Bereich der Halbleiteroptik als robuste und aussagekräftige Methode für die zerstörungsfreie Untersuchung der Dynamik optischer Anregungen etabliert. Die Technik basiert auf der optischen Anregung von Halbleitermaterialien durch eine Kurzpuls-Laserquelle und der Aufnahme des zeitlichen Verlaufs des resultierenden Lumineszenzsignals, welche bei dem hier beantragten Messplatz durch eine Streak-Kamera erfolgt. Der geplante Messplatz soll in der Forschung mehrerer Gruppen der Fachbereiche Physik und Chemie an der Philipps-Universität Marburg zum Einsatz kommen. Für die Arbeitsgruppe Halbleiterspektroskopie wird das Gerät die zentrale Apparatur für die experimentellen Arbeiten darstellen. Die Nachwuchsgruppe untersucht organische und Perowskit-Halbleiter, sowie hybride Materialien und Heterostrukturen. Mittels zeitaufgelöster Photolumineszenz-Spektroskopie werden die Zusammenhänge zwischen den strukturellen und optischen Eigenschaften, Transportmechanismen von optischen Anregungen, sowie Ladungs- und Energietransferprozesse an inneren Grenzflächen charakterisiert. Überdies sind die Wechselbeziehungen zwischen optischen Anregungen und struktureller Relaxation von Interesse, welche zu Lokalisierungseffekten und der Bildung von Polaronen oder Exzimeren führen. Das Gerät soll zudem von der Arbeitsgruppe Halbleiterphotonik für die Charakterisierung von zweidimensionalen Halbleitern genutzt werden, um komplementäre Informationen zur Terahertz-Emissionscharakteristik zu liefern, aus denen auf die zugrundeliegende Ladungsträgerdynamik geschlossen werden kann. Es gibt im Umfeld der Antragstellenden weitere Arbeitsgruppen, in deren Forschung das beantragte Großgerät sehr vorteilhaft eingesetzt werden kann, insbesondere zur Charakterisierung neuartiger Verbindungen, wie etwa Leuchtstoffen oder organisch-anorganischen Hybridmaterialien. Die Korrelation von spektral- und ortsaufgelösten Informationen mit der Anregungsdynamik ist für viele der genannten Themenfelder von herausragender Bedeutung. Einerseits kann das Diffusionsverhalten angeregter Ladungsträger oder Exzitonen nachvollzogen und mit spektralen Informationen verknüpft werden, so dass sich robuste kinetische Modelle entwickeln lassen. Andererseits kann die Lumineszenzdynamik auch mit der lokalen Mikrostruktur korreliert werden, beispielsweise zur Charakterisierung von heterogenen Materialien. Die angestrebten Experimente erfordern mitunter eine sehr präzise Einstellung der Anregungsbedingungen und die dynamischen Prozesse spielen sich, je nach Material, auf sehr unterschiedlichen Zeitskalen ab. Es werden daher hohe Anforderungen an die Flexibilität des Messplatzes gestellt, der modular von verschiedenen Anbietern beschafft wird. Das beantragte System stärkt die verfügbare Methodik zur Untersuchung dynamischer Prozesse in einer Vielzahl von Materialien und kann auch gewinnbringend in zukünftigen Verbundprojekten eingesetzt werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Messplatz für die zeit- und ortsaufgelöste optische Spektroskopie (Teilfinanzierung)
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Philipps-Universität Marburg
• Leiterin: Professorin Dr. Marina Gerhard