Nanoröhrchen aus Kohlenstoff sind vielversprechende Kandidaten für optoelektronische Bauteile wie Photodetektoren oder Photoschalter. Doch bisher ist es extrem schwierig, die optischen und elektronischen Eigenschaften der Nanoröhrchen zu analysieren und zu beeinflussen. Physiker stellen jetzt jedoch in der Fachzeitschrift „Nano Letters“ ein Verfahren vor, mit dem sie unmittelbar feststellen können, wie schnell sich Elektronen in solchen extrem kleinen Photodetektoren bewegen.
Die vom Team um Professor Alexander Holleitner von der Technischen Universität München (TUM) entwickelte neue Messmethode ermöglicht dabei die zeitliche Auflösung des so genannten Photostroms in Photodetektoren bis in den Pikosekundenbereich.
Sehr kleines Zeitintervall
„Eine Pikosekunde ist ein sehr kleines Zeitintervall“, erläutert Holleitner. „Wären die Elektronen mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs, so kämen sie in einer Sekunde fast bis zum Mond. In einer Pikosekunde kämen sie dagegen nur etwa einen Drittel Millimeter weit.“
Die neue Messtechnologie ist nach Angaben der Forscher rund hundert Mal schneller als die bestehenden Methoden. So können die Wissenschaftler nun die Geschwindigkeit der Elektronen genau messen. In den Kohlenstoff-Nanoröhrchen legen die Elektronen in einer Pikosekunde nur etwa acht Zehntausendstel Millimeter oder 800 Nanometer zurück.
Laserpuls regt Elektronen an
Kern des untersuchten Photodetektors sind Kohlenstoff-Röhrchen mit einem Durchmesser von nur etwa einem Nanometer, die über metallische Kontakte elektronisch eingebunden sind. Die Geschwindigkeit der Elektronen bestimmen die Physiker mit Hilfe von so genannten koplanaren Streifenleitungen, die sie über ein spezielles zeitaufgelöstes Laser-Spektroskopie-Verfahren auswerten, die Pump-Probe Technik.
Hierbei werden mit einem Laserpuls Elektronen in den Kohlenstoff-Nanoröhrchen angeregt und die Dynamik dieses Prozesses mit einem zweien Laser verfolgt.
Viele neue Analysemöglichkeiten
Die neu entwickelte Methode liefert den Forschern zufolge zahlreiche Erkenntnissen und neue Analysemöglichkeiten, die für eine Reihe von Anwendungen interessant sind. Dazu gehört vor allem die Weiterentwicklung optoelektronischer Bauteile. (Nano Letters, 2011; doi:10.1021/nl1036897)
(Technische Universität München, 09.03.2011 – DLO)
