Mikro-Photolumineszenz Apparatur
Final Report Abstract
Die Mikro-Photolumineszenz (PL) Apparatur wurde nicht von einem Anbieter gekauft, sondern in eigner Regie konzipiert und selbstständig und modular zusammengestellt. Hierbei flossen die reichhaltigen Erfahrungen von drei engen Kollaborationspartnern (Dr. Voss, U Bremen, Prof. Capasso, U Harvard, Prof. Heimbrodt, U Marburg) ein, die ebenfalls PL-Systeme aufgebaut hatten. Dadurch wurde erreicht, dass die jetzt zur Verfügung stehende Apparatur vielseitig einsetzbar ist und leicht erweitert und modifiziert werden kann. Derzeit sind PL-Untersuchungen im Bereich λ~ 300 – 1600 nm und T~ 4 – 300 K mit einer lateralen Auflösung bis zu minimal 1 µm durch die Anregung von 6 verschieden Laserwellenlängen möglich. Auf Grund dieser Spezifikationen ist die Apparatur ideal geeignet, um einzelne Nanostrukturen zu untersuchen, wobei in den vergangen 3 Jahren der Fokus auf die optischen Eigenschaften von Halbleiternanodrähten gelegt worden ist. Hierbei ist es gelungen im Rahmen der Forschergruppe 1616, in der der Antragsteller auch als Sprecher fungiert, einige besonders herausragende Ergebnisse zu erzielen. Einerseits konnte eindeutig die optische Aktivierung von implantierten Übergangsmetallen als auch von Seltenen Erden in einzelnen ZnO Nanodrähten nachgewiesen werden. Andererseits konnten die geometrischen Randbedingungen sowie die Schwellwerte von undotierten ZnO- und CdS-Nanodrähten bestimmt werden, die Laser-Eigenschaften zeigen. Erstmals konnte auch an Hand von CdS-Nanodrähten mit einer idealen Struktur/Geometrien die kontinuierliche Emission von kohärentem Laserlicht demonstriert werden. Im Rahmen der FOR1616 und in enger Zusammenarbeit mit Prof. Peschel (U Erlangen) ist dieses Jahr die Apparatur derart erweitert worden, so dass umfangreiche „Head-on“ Messungen möglich sind, d.h. Anregungs- und Detektionsstrahlengang wurden getrennt und im Winkel von 90° aufgebaut, um das Fernfeld und die Ausstrahlcharakteristik von einzelnen lasenden Nanodrähten zu untersuchen. Außerhalb der FOR1616 ist die Apparatur für weitere Nanodraht-Projekte auch insbesondere in Zusammenarbeit mit internationalen Partnern genutzt worden. Besonders hervorzuheben sind die Ergebnisse, die in Zusammenarbeit mit Prof. Lu an dotierten CdS- und CdTe-Nanodrähten erzielt wurden. Beides, Kompensation als auch amphoteres Verhalten der Dotieratome konnte gezeigt werden. Herausragend sind auch die Ergebnisse (Zusammenarbeit Dr. Oulton) in denen eine ultra-schnelle Dynamik von lasenden Nanodrähten gemessen wurde, die sich in hybriden photonischen-plasmonischen Systemen befinden. Mit der Apparatur werden auch eine Vielzahl an weiteren Untersuchungen durchgeführt, wobei in zwei größeren Projekten die optischen Eigenschaften von mikrokristallinen CdTe- und CIGSe-Dünnschichten für die Photovoltaik im Mittelpunkt stehen. Erfolgreich konnte dabei im CdTe-System die optische Aktivierung von implantierten Dotierelementen und im CIGS-System der Ga-Gradient nachgewiesen werden. Ansonsten wurden mit der zur Verfügung stehenden Mikro-PL Apparatur noch gesinterte ZnO-Nanopartikel, ZnO-Mikrostrukturen, Zink-Stannat-Nanostrukturen, CuO-Dünnschichten als auch Silizium-Nanostrukturen in Kollaboration mit einer Vielzahl an Partnern untersucht.
Publications
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(See online at https://doi.org/10.1021/nl4035169) - Highly Efficient Visible-Light Driven Photocatalysts: A Case on Zinc Stannate Based Nanocrystal Assemblies. Journal of Materials Chemistry A 2. 4157 (2014)
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(See online at https://doi.org/10.1039/C3TA14611A)
