Einzelmolekül-Fluoreszenzspektroskopie-Anlage
Final Report Abstract
Der Aufbau wurde im weitesten Sinne für die Untersuchung und Charakterisierung photophysikalischer Eigenschaften von Nanoskaligen Systemen eingesetzt. Im Vordergrund standen hierbei die folgenden drei Vorhaben: 1) Die Entwicklung von Methodik zur Bestimmung von Adsorptionsisothermen für die Bindung größerer Moleküle an einzelne Kohlenstoffnanoröhren, 2) die Untersuchung der Photophysik von Gitterfehlstellen in Siliziumkarbid sowie 3) die Charakterisierung der Fluoreszenzeigenschaften elektrochemisch dotierter Kohlenstoffnanoröhren auf der Ensemble und Einzelpartikelbasis. Im Rahmen des ersten Projektes wurden die wesentlichen experimentellen Grundlagen für die weitere Erkundung von Molekül-Nanopartikelwechselwirkungen geschaffen. Erste dieser experimentell sehr anspruchsvollen Untersuchungen konnten die Adsorption und Desorption fluoreszenzmarkierter single-strand DNA Oligomere von individuellen Kohlenstoffnanoröhren nachweisen. Die Untersuchungen von fluoreszierenden Gitterfehlstellen in Siliziumkarbid sollten klären ob es sich bei den in diesem Experiment durch hochenergetische Elektronenstrahlen erzeugten Defekten um Einzelphotonenquellen handelt. Letzteren wird ein großes Anwendungspotenzial, beispielsweise in der Quantenkryptographie zugeschrieben. Bei den untersuchten Proben konnte allerdings kein Photonenantibunching - wichtigste Evidenz für das Vorliegen von Einzelphotonenemittern - nachgewiesen werden. Der in diesen Experimenten untersuchte Defekttyp konnte somit als Kandidat für den Einsatz als Einzelphotonenemitter ausgeschlossen werden. Die Dotierung eindimensionaler Halbleiter erlaubt es, viele ihrer elektrischen und optischen Eigenschaften gezielt zu steuern. Bei den im dritten Schwerpunkt angestellten Untersuchungen konnten ladungsinduzierte Änderungen der Fluoreszenzeigenschaften einzelner halbleitender Kohlenstoffnanoröhren nachgewiesen werden. Die Dotierung erfolgte hierbei reversibel mit Hilfe elektrochemischer Potenzialkontrolle. Darüber hinaus konnten an dem Aufbau mittels simultaner Absorptions- und Emissionsmessungen erstmals Unterschiede zwischen den durch diese beiden optischen Sonden gewonnenen Informationen zur Bandlückenbestimmung von Kohlenstoffnanoröhren klar identifiziert und analysiert werden. Dabei wurden unter anderem auch Hinweise auf eine ladungsinduzierte Veränderung der Bandstruktur halbleitender Kohlenstoffnanoröhren gefunden.
Publications
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(See online at https://dx.doi.org/10.1021/nn501957y) - Excitation and recombination dynamics of vacancyrelated spin centers in silicon carbide. Journal of Applied Physics 115 (13), 133508
TC Hain, F Fuchs, VA Soltamov, PG Baranov, GV Astakhov, T Hertel, V Dyakonov
(See online at https://dx.doi.org/10.1063/1.4870456) - H Hartleb, F Späth, T Hertel, Evidence for strong electronic correlations in the spectra of gate-doped single-wall carbon nanotubes. ACS Nano 9 (10), 10461-10470
H Hartleb, F Späth, T Hertel
(See online at https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.5b04707)
