Ein Team von Wissenschaftlern hat neue Fortschritte in der Entwicklung von hochmodernen elektronischen Materialien erzielt. Im Fokus steht die Herstellung von Nanoplättchen aus Cadmiumselenid, die als vielversprechend für innovative Anwendungen gelten. Diese Plättchen haben seit dem Jahrtausendwechsel die Aufmerksamkeit der Forschung auf sich gezogen, vor allem wegen ihrer außergewöhnlichen optischen Eigenschaften. In einer gemeinsamen Studie des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR), der TU Dresden und des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) wurden bedeutende Fortschritte in der gezielten Herstellung dieser Nanostrukturen gemacht. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Small veröffentlicht, wie TU Dresden berichtet.
Die Cadmium-basierten Nanostrukturen bieten Möglichkeiten für die Entwicklung zweidimensionaler Materialien, die im nahen Infrarot (NIR) spezifische Wechselwirkungen mit Licht haben. Solche NIR-Materialien sind von großer Relevanz für Zukunftsbereiche wie medizinische Diagnostik, Kommunikationstechnologie und Solarenergie. Wissenschaftler wie Dr. Rico Friedrich und Prof. Alexander Eychmüller leiten das Forschungsprojekt und wiesen auf die Herausforderungen hin, die mit der gezielten Veränderung dieser Materialien verbunden sind.
Herstellung und Untersuchung von Nanostrukturen
Zur gezielten Herstellung der Nanopartikel wird der Kationenaustausch als Methode verwendet. Diese Technik ermöglicht eine präzise Kontrolle über die Zusammensetzung und Struktur der Nanostrukturen. Insbesondere wurde der Fokus auf die aktiven Ecken der Nanoplättchen gelegt, die chemisch reaktiv sind und somit eine Verknüpfung der Plättchen ermöglichen. Der interdisziplinäre Ansatz der Forschenden, der synthetische Verfahren, Mikroskopie und Computersimulationen kombiniert, hat neue Erkenntnisse über die Eigenschaften dieser Nanostrukturen ermöglicht. Es stellte sich heraus, dass aktive Ecken und Defekte in den Nanopartikeln einen maßgeblichen Einfluss auf deren chemische Reaktivität sowie optische und elektronische Eigenschaften haben.
Die Forschung belegt, dass die gezielte Verknüpfung von Nanoplättchen zu organisierten Strukturen möglich ist. Diese Strukturen könnten künftig in der Entwicklung von NIR-aktiven Sensoren oder neuartigen elektronischen Bauteilen eine Rolle spielen. Darüber hinaus können die Erkenntnisse auch für andere Bereiche der Nanowissenschaft, wie Katalyse und Quantenmaterialien, bedeutend sein.
Beziehungen zu Quantenpunkten
Ein weiterer Aspekt der Forschung bezieht sich auf das Photo-Ladungsphänomen in Quantenpunkten (QDs). Eine Untersuchung zum Thema hat verschiedene Modelle zur Photophysik entwickelt, die das Tunneling von Exzitonen zu Fangzuständen an der QD-Oberfläche oder im umgebenden Medium erläutern. Dabei wird deutlich, wie die hohe Effizienz der Auger-Relaxation zu geladenen, jedoch nicht-emissiven QDs führt. Zudem wird der Zusammenhang zwischen dem stochastischen Blinken der Cadmiumselenid-Quantenpunkte und der dielektrischen Konstante des Substrats untersucht, was die Bedeutung der Ligandenabdeckung unterstreicht. Dies wird in einer Publikation von Nature detailliert behandelt.
Hierbei spielt die Ligandendichte eine entscheidende Rolle, da sie signifikanten Einfluss auf die optischen Eigenschaften der QDs hat. Eine Reihe von experimentellen Techniken, einschließlich HR-MAS NMR-Spektroskopie und Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), dient dazu, die Ligandenstruktur und deren Auswirkungen auf die QD-Oberfläche besser zu verstehen.
Ausblick auf die Nanotechnologie
Die Fortschritte in der Nanotechnologie sind nicht zuletzt auch auf die Entwicklungen der Rastertunnel- und Rastersondenmikroskopie zurückzuführen, die in den 1980er Jahren von IBM eingeführt wurden. Diese Technologien ermöglichen es, nanoskalig aufgebaute Systeme zu untersuchen, die auch in biologischen Kontexten wie der DNA zu finden sind, wie auf der Seite von Fraunhofer erklärt wird.
Die Erkenntnisse der aktuellen Forschung stellen nicht nur einen bedeutenden Fortschritt in der Materialwissenschaft dar, sondern eröffnen auch neue Perspektiven für zukünftige Produkte und Verfahren in der Nanotechnologie. Wo einst Defekte in Materialien als Hindernisse galt, könnten sie nun als Schlüssel zu innovativen Anwendungen dienen.
