I. Physikalisches Institut der JLU Giessen
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Prof. Dr. Bruno K. Meyer       Dr. Detlev M. Hofmann

Bei halbleitenden Materialien bewirkt der Übergang vom Festkörper zum Nanokristall eine grundlegende Veränderung ihrer Eigenschaften. So beobachtet man für Halbleiter-Kristalle mit Durchmessern im Nanometerbereich ("Quantenpunkte") eine größenabhängige Aufweitung der Bandlücke. Durch diesen als Größenquantisierung bezeichneten Effekt lässt sich die für Halbleiter charakteristische Bandlückenenergie über die Teilchengröße einstellen.

Eine solche Verschiebung der Bandlücke lässt sich z.B. bei unterschiedlich großen Nanokristallen aus CdSe gut beobachten, da sie bei diesem Material im sichtbaren Bereich liegt. Wie man in der Abbildung erkennt, führt die kleinere Bandlücke bei größeren Teilchen zu einer roten Lösung, während die größere Bandlücke bei kleinen Teilchen zu einer Blau-Verschiebung der Lösung führt.

 

Bei dem im I. Physikalischen Institut behandelten Materialsystem Zinkoxid (ZnO) liegt die Bandlückenergie im UV-Bereich und kann je nach Kristallgröße zwischen 3.37 eV (dem Wert im Festkörper) und bis zu über 4 eV bei sehr kleinen Teilchen liegen.

Die chemische Synthese hat als Präparationsmethode den Vorteil, dass die Kristalle ausgehend von nahezu atomaren Vorstufen allmählich bis zur gewünschten Größe anwachsen (Bottom-Up-Verfahren). Ist die gewünschte Größe erreicht, werden die Ausgangsstoffe entfernt und die Nanoteilchen in einem geeigneten Lösungsmittel gelagert. Im Gegensatz zu den meisten physikalischen Methoden ist die chemische Synthese auch bei niedrigen Temperaturen durchführbar und erlaubt somit eine Nachbehandlung vorhandener Halbleiterstrukturen.

Zudem besteht die Möglichkeit, durch einfache Mittel eine Dotierung der Quantenpunkte zu erzielen. Gegenstand der bisherigen Forschung am IPI waren dabei die Übergangsmetalle, durch deren Einbau man sich ein ferromagnetisches Verhalten verspricht.

Zudem wurde durch magnetische Resonanzuntersuchungen der genaue Einbau von Gruppe-I Elementen (Li und Na) im Nanokristall untersucht.