Forschung 12.01.2018, 12:13 Uhr

Extrem helle und schnelle Lichtemission

Eine in den vergangenen Jahren intensiv untersuchte Art von Quantenpunkten kann Licht in allen Farben wiedergeben und ist sehr hell. Ein internationales Forscherteam mit Beteiligung von Wissenschaftlern der ETH Zürich hat nun herausgefunden, warum dem so ist. Die Quantenpunkte könnten dereinst auch für Bildschirme oder die optische Datenübertragung verwendet werden.
Ein Cäsium-Bleibromid-Nanokristall unter dem Elektronenmikroskop (Kristallbreite: 14 Nanometer), einzelne Atome sind als Punkte sichtbar
(Quelle: ETH Zürich / Empa / Maksym Kovalenko)
Ein internationales Team von Wissenschaftlern der ETH Zürich, von IBM Research Zurich, der Empa und von vier amerikanischen Forschungseinrichtungen hat die Erklärung gefunden, warum eine in den letzten Jahren intensiv untersuchte Klasse von Nanokristallen in so unglaublich hellen Farben leuchtet. Bei den Nanokristallen handelt es um solche aus Cäsium-Blei-Halogenid-Verbindungen, die in einer sogenannten Perowskit-Gitterstruktur angeordnet sind.
Vor drei Jahren ist es Maksym Kovalenko, Professor an der ETH Zürich und der Empa, gelungen, aus diesem Halbleitermaterial Nanokristalle – oder Quantenpunkte, wie sie auch genannt werden – herzustellen. «Diese winzigen Kristalle erwiesen sich als extrem helle und schnell emittierende Lichtquellen, heller und schneller als jede andere bisher untersuchte Art von Quantenpunkten», sagt Kovalenko. Indem er die Zusammensetzung der chemischen Elemente und die Nanopartikelgrösse variierte, gelang es ihm ausserdem, unterschiedliche Nanokristalle herzustellen, die in den Farben des gesamten sichtbaren Spektrums leuchten. Diese Quantenpunkte werden daher auch als Komponenten zukünftiger Leuchtdioden und Bildschirme gehandelt.
In einer in der jüngsten Ausgabe der Fachzeitschrift «Nature» veröffentlichten Studie untersuchte das internationale Forscherteam diese Nanokristalle nun einzeln und äusserst detailliert. Dabei konnten die Wissenschaftler bestätigen, dass die Nanokristalle extrem schnell Licht emittieren. Bisher untersuchte Quantenpunkte senden bei Raumtemperatur typischerweise rund 20 Nanosekunden, nachdem sie angeregt werden, Licht aus. Das ist bereits sehr schnell. «Cäsium-Blei-Halogenid-Quantenpunkte hingegen emittieren Licht bei Raumtemperatur nach nur einer Nanosekunde», erklärt Michael Becker, der Erstautor der Studie. Er ist Doktorand der ETH Zürich und führt seine Doktorarbeit bei IBM Research durch.


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