Udvikling af fremtidens byggesten til solcelleanlæg

Et internationalt forskerhold ledet af universitetet i Göttingen har for første gang observeret opbygningen af ​​et fysisk fænomen, der spiller en rolle i omdannelsen af ​​sollys til elektrisk energi i 2D-materialer. Det lykkedes forskerne at gøre kvasipartikler - kendt som mørke Moiré-mellemlagsexcitoner - synlige og forklare deres dannelse ved hjælp af kvantemekanik. Forskerne viser, hvordan en eksperimentel teknik nyudviklet i Göttingen, femtosekund fotoemission momentum mikroskopi, giver dybtgående indsigt på et mikroskopisk niveau, som vil være relevant for udviklingen af ​​fremtidens teknologi. Resultaterne blev offentliggjort i Nature .

Atomisk tynde strukturer lavet af todimensionelle halvledermaterialer er lovende kandidater til fremtidige komponenter inden for elektronik, optoelektronik og fotovoltaik. Interessant nok kan egenskaberne af disse halvledere styres på en usædvanlig måde:ligesom legoklodser kan de atomisk tynde lag stables oven på hinanden.

Der er dog et andet vigtigt trick:Mens legoklodser kun kan stables ovenpå – uanset om de er direkte eller snoet i en vinkel på 90 grader – kan rotationsvinklen i halvledernes struktur varieres. Det er netop denne drejningsvinkel, der er interessant for produktionen af ​​nye typer solceller. Men selvom ændring af denne vinkel kan afsløre gennembrud for nye teknologier, fører det også til eksperimentelle udfordringer.

Faktisk har typiske eksperimentelle tilgange kun indirekte adgang til moiré-mellemlags-excitonerne, derfor kaldes disse excitoner almindeligvis "mørke" excitoner. "Ved hjælp af femtosekund-fotoemissionsmomentummikroskopi lykkedes det os faktisk at gøre disse mørke excitoner synlige," forklarer Dr. Marcel Reutzel, junior forskningsgruppeleder ved Det Fysiske Fakultet ved Göttingen Universitet. "Dette giver os mulighed for at måle, hvordan excitonerne dannes på en tidsskala på en milliontedel af en milliontedel af et millisekund. Vi kan beskrive dynamikken i dannelsen af ​​disse excitoner ved hjælp af kvantemekanisk teori udviklet af professor Ermin Malics forskningsgruppe ved Marburg. "

"Disse resultater giver os ikke kun et grundlæggende indblik i dannelsen af ​​mørke Moiré-mellemlags-excitoner, men åbner også op for et helt nyt perspektiv, der gør det muligt for forskere at studere de optoelektroniske egenskaber af nye og fascinerende materialer," siger professor Stefan Mathias, leder af instituttet. studere ved Göttingen Universitets Fysiske fakultet. "Dette eksperiment er banebrydende, fordi vi for første gang har opdaget signaturen af ​​Moiré-potentialet påtrykt excitonen, det vil sige virkningen af ​​de kombinerede egenskaber af de to snoede halvlederlag. I fremtiden vil vi studere denne specifikke effekt yderligere for at lære mere om egenskaberne af de resulterende materialer."

Denne forskning blev offentliggjort i Nature . + Udforsk yderligere

Atomisk tynde halvledere til nanofotonik