Podcasts about nanokristalle

Halbleiter-Nanokristalle sind eine besondere Materialklasse in den Nanowissenschaften. Sie sind kleinste Halbleiter-Kristalle, die an ihrer Oberfläche mittels organischer Chemie passiviert wurden. Damit können Sie auf völlig neue Arten produziert, prozessiert und zu größeren hybriden Überstrukturen zusammengesetzt werden. In diesen Nanomaterialien treten neue Effekte insbesondere durch die Größeneinschränkung auf. Es stellt sich vielfach die Frage, welche Eigenschaften von den Halbleiter-Materialien übernommen werden und was alleine aufgrund der geometrischen Größenordnung im Nanometerbereich von 1-10 nm zustande kommt. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Nachweis von elektronischem Transfer über eine quantenmechanische Tunnelbarriere aus organischen Materialien zwischen dicht gepackten Halbleiternanokristallen. Diese Barriere besteht aus Molekülen der Oberflächenpassivierung und Material für die gewählten Selbstorganisationsmethoden, so dass eine organische Tunnelbarriere von ca. 1 nm zwischen den Nanokristallen der Größe von ca. 3 nm entsteht. Um elektronischen Tunnel-Transfer nachzuweisen, wird erfolgreich der intrinsische Typ-II-Bandversatz der klassischen ausgedehnten CdTe und CdSe-Volumenhalbleitern ausgenutzt, der bedeutet, dass das globale Valenzbandmaximum in CdSe und das Leitungsbandminium in CdTe liegen. Es ist daher Hauptziel der Arbeit, Ladungstrennung in Hybridstrukturen aus dicht gepackten Typ-II-angeordneten CdTe- und CdSe- Halbleiternanokristallen nachzuweisen. Mittels Photolumineszenzspektroskopie wurde indirekt der Elektronenübergang von CdTe- zu CdSe-Nanokristallen untersucht. Es wurden zwei verschiedene Methoden zur Selbstorganisation überprüft: ungeordnete Cluster aus CdTe- und CdSe-Nanokristallen in wässriger Lösung sowie trockene geschichtete Systeme aus Nanokristall-Monolagen auf Glassubstraten. In beiden Probensystemen deutet eine Photolumineszenzunterdrückung um bis zu 70 % bei den CdTe-Nanokristallen Ladungstrennung durch Elektronenübergang von CdTe- zu CdSe-Nanokristallen an. Eine maximale Transferrate von um 1/100 ps wurde in geschichteten Proben ermittelt. Neben dem Elektronentransfer wurde gezeigt, dass Energietransfer von CdSe- zu CdTe-Nanokristallen stattfindet, der nicht die beobachtete Photolumineszenzunterdrückung erklärt, da er ihr entgegenwirkt. Durch Variation der Nanokristallgrößen konnte eine Korrelation der Photolumineszenzunterdrückung mit dem Versatz der am Elektronentransfer beteiligten Energieniveaus der Nanokristalle aufgedeckt werden. Durch diese indirekten Beweise konnte die Ladungstrennung wie auch der intrinsische Typ-II-Versatz in den Hybridsystemen der verwendeten CdTe- und CdSe-Nanokristallen angezeigt werden. Oberflächenphotospannungsmessungen bewiesen eindeutig die gerichtete Ladungstrennung in geschichteten Systemen aus CdTe und CdSe Nanokristallen. Die Orientierung der Typ II-Grenzschicht aus CdTe- und CdSe-Nanokristalllagen bestimmte die Richtung der Ladungstrennung, so dass eine umgekehrte Schichtfolge die gemessene Polarität änderte. Der Ladungstransfer wird fast vollständig unterdrückt, wenn die Barrierendicke verdoppelt wird, was für Tunneltransfer erwartet wird. Weiterhin wurden Elektronendiffusion über CdSe-Nanokristallmultischichten und langsamerer Ladungstransfer über CdTe-Nanokristallmultischichten nachgewiesen. Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten für Anwendungen zur solaren Energiegewinnung wie Photovoltaik oder photokatalytischer Wasserspaltung relevant sein.

In Leuchtdioden kommen bisher hauptsächlich herkömmliche Halbleiter-Materialien zum Einsatz. Ihnen gegenüber bieten Kunststoffpolymere einige Vorteile. Mit solchen organischen Materialien sollen in Zukunft großflächige und biegsame Leuchtdioden hergestellt werden. Physik-Professor Jochen Feldmann und sein Team erforschen, wie Kunststoffpolymere sowie kleinste Festkörperpartikel, so genannte Nanokristalle, mit Licht und elektrischen Feldern umgehen.

Die vorliegende Arbeit behandelt Fragen aus dem interdisziplinären Gebiet der Nanowissenschaften durch Untersuchungen mittels Rastertunnelmikroskopie und Computerchemie. Sie steht im Kontext der Entwicklung nanotechnologischer Herstellungsverfahren, die sich auf die "bottom-up"- Fertigungsstrategie beziehen. Diese Strategie verfolgt das Ziel, aus einzelnen elementaren Bausteinen (z.B. Molekülen) grössere funktionelle Strukturen und Systeme kontrolliert zusammenzusetzen. Kern dieser Arbeit ist die Vorstellung eines neuartigen Strukturbildungsprozesses auf molekularer Ebene und die Erschliessung dessen Potentials. Für diesen Prozess wird der Begriff "supramolekulare Festphasenbenetzung" vorgeschlagen. Damit wird ausgedrückt, dass die Ergebnisse als eine neue Bedingung für supramolekulare, spontane Strukturbildung (engl. self-assembly) interpretiert werden, die bei Raumtemperatur an der Grenze zwischen zwei festen Phasen stattfindet. Das vorgestellte Modell beschreibt diesen Prozess durch Nanokristalle, die – in einer Matrix suspendiert – bei Kontakt mit einer Kristalloberfläche ein Verhalten zeigen, das trotz vorhandener Festkörpereigenschaften (kristalline Ordnung) dem Verhalten flüssiger Tropfen bei der Benetzung von Oberflächen verwandt ist. Darauf aufbauend wird das technologische Potential des neuen Prozesses erschlossen: 1. Adsorbatstrukturen von einer Reihe organischer Halbleiter werden erstmals beschrieben. Damit wird zudem gezeigt, dass sich durch supramolekulare Festphasenbenetzung unlösliche Halbleitermoleküle sehr einfach und unter Umgebungsbedingungen geordnet adsorbieren lassen – ein Ergebnis, das sonst nur mit grossen Aufwand (z.B. Molekularstrahlepitaxie im Vakuum) möglich wäre. 2. Ein Erklärungsmodell wird entwickelt, mit dem sich die bislang unverstandene Möglichkeit molekularer Datenspeicherung mittels PTCDA- Moleküle theoretisch erklären und auf weitere, unter (1) vorgestellte Moleküle erweitern lässt. 3. Die Entwicklung eines Nanofabrikationskonzeptes wird vorgestellt, das eine lokale Kontrolle des Wachstums von Nanostrukturen ermöglicht. Der Vorteil gegenüber einer klassischen, Molekül für Molekül durchgeführten Nanostrukturierung liegt darin, dass durch die Spitze eines Rastertunnelmikroskops allein die Information über Wachstumsrichtungen in das System lokal einzubringen ist, die eigentliche Bildung der Strukturen jedoch durch selbständig ablaufende und somit qualitativ und zeitlich hoche¢ziente Wachstumsprozesse stattfindet ("geführtes Wachstum"). Damit lässt sich die bisherige Beschränkung von self-assembly auf streng periodische Strukturen durchbrechen und die vordefinierte Bildung komplexer Strukturen erreichen. 4. Ein Verfahren wird vorgestellt, das eine lokale Adsorption von Molekülen zu geordneten Schichten innerhalb einer Lage fremder Moleküle erlaubt und somit den Aufbau heterogener Adsorbatschichten ermöglicht.