Ein Forscherteam des Instituts für Materialchemie und -physik hat in Zusammenarbeit mit der Universität Pierre und Marie Curie (Paris) und der französischen Behörde für Atomenergie und alternative Energien (CEA) die erste Leuchtdiode (LED) entwickelt, die aus einem einzigen Faden besteht. Diese neue Technologie soll zu einem besseren Verständnis der Interaktionen zwischen Elektronen und Photonen in kleinsten Maßstäben beitragen. Darüber hinaus könnte sie eine weitere Etappe auf dem Weg zum künftigen Molekular-Computer darstellen.
Die französischen Forscher führten dieses Experiment im Rahmen der Forschung zur Miniaturisierung von Halbleiter-Bauelementen durch. Fließt elektrischer Strom in Durchlassrichtung durch die LED, so strahlen sie Licht ab. Die LED kommen häufig in der Signaltechnik, bei der Beleuchtung oder bei Anzeigetafeln zum Einsatz.
Stromfluss bringt Nanofaden zum Leuchten
Die Forscher nutzten für ihr Experiment einen einzigen Faden eines Polythiophens. Diese sehr leitfähige Verbindung, die aus Wasserstoff, Kohlenstoff und Schwefel besteht, wird zur Herstellung größerer kommerzieller LEDs genutzt. Das eine Ende dieses Fadens wurde an der Spitze eines Rastertunnelmikroskops befestigt und das andere an einer Goldoberfläche. Fließt elektrischer Strom durch diesen Nanofaden, leuchtet er. Die Forscher haben das abgestrahlte Licht gemessen und festgestellt, dass sich der Faden wie eine echte Leuchtdiode verhält: Licht wird nur erzeugt, wenn sich die Elektronen von der Spitze des Mikroskops zur Goldoberfläche bewegen. Ist die Polarität umgekehrt, ist die Lichterzeugung unerheblich.
Die Forscher fanden heraus, dass dieses Licht erzeugt wird, wenn sich eine negative Ladung (Elektron) mit einer positiven Ladung (eine Lücke) auf dem Faden verbindet. Dadurch wird die Energie des Elektrons an ein Photon abgegeben. Auf 100.000 Elektronen, die durch den Faden fließen, kommt ein Licht emittierendes Photon. Die Wellenlänge des Lichts liegt im roten Bereich.
Die Ergebnisse dieses Experiments bilden eine gute Grundlage für weitere Untersuchungen physikalischer Phänomene, die auftreten, wenn leitende Materialien Licht emittieren. Dank dieses Polythiophenfadens können die Forscher nun auf Nanometer-Ebene arbeiten, auf der die klassische Physik von der Quantenphysik abgelöst wird. Ein nächster Schritt ist die Optimierung der Materialien, um die Leuchtkraft zu erhöhen.
(Wissenschaftliche Abteilung, Französische Botschaft in der Bundesrepublik Deutschland, 14.02.2014 – AKR)
