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Interaktionen von halbleitenden Nanodrähten für die Optoelektonik

Sie sind tausendmal kleiner als ein Haar dick ist – doch Halbleiter-Nanodrähte haben das Potenzial, die Optoelektronik zu revolutionieren und z. B. elektrisch betriebene Nano-Laser zu ermöglichen. Doch bis dahin ist es noch ein weiter Weg, auf dem Deutschland nun einen großen Schritt vorwärts macht. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert ab 1. April zunächst für drei Jahre mit über 2,3 Millionen Euro eine Forschergruppe, die die Dynamik und Interaktionen von halbleitenden Nanodrähten für die Optoelektonik erforschen wird. Neun Arbeitsgruppen aus sieben Städten vereinen ihre Kompetenzen, um unter die weltweit nur eine Hand-voll führende Gruppen vorzustoßen. Und die Chancen stehen „ziemlich gut“, wie Prof. Dr. Carsten Ronning von der Universität Jena sagt. Der Jenaer Festkörperphysiker koordiniert die neue Gruppe, zu der 15 renommierte Wissenschaftler gehören, die sich zum Auftakt am 15./16. März in Jena treffen. Hinzukommen nun dank der DFG-Förderung neun Doktoranden. Außerdem werden weitere rund 30 Master- und Bachelorstudierende am Thema arbeiten, um von der Grundlagenforschung bis in sechs Jahren – falls die Gruppe auch weiterhin gefördert wird – zu neuen Bauteilen zu gelangen.

Halbleiter-Nanodrähte haben den Vorteil, dass sie zugleich verbindende und funktionale Aufgaben übernehmen können – denn an den Drähten können problemlos Kontakte befestigt werden. „Alle möglichen optoelektronischen Bauteile lassen sich aus Nanodrähten fertigen“, sagt Prof. Ronning und verweist auf existierende Prototypen von LEDs, Solarzellen und Laseroszillatoren. Solche Bauteile herzustellen ist inzwischen unproblematisch möglich. Doch ihre eigentliche Funktionsweise und wie ihre Effizienz verbessert werden kann, das sind offene Fragen, denen sich die neue deutsche Forschergruppe widmen will. „Wir wollen versuchen zu verstehen, wie die Dynamik und die Wechselwirkungen mit der Außenwelt verlaufen und was sie limitiert“, benennt der Jenaer Physiker die Kernfragen. Am Ende soll eine Erhöhung der Effizienz stehen, damit die winzigen LEDs oder Solarzellen leistungsstärker werden.

Dazu wollen die Wissenschaftler die bisher genutzten Materialien – wie Zinkoxid, Galiumnitrid und -arsenid – mit Fremdstoffen verändern. Ronnings Mitarbeiter Dr. Christian Borschel etwa wird die Nanodrähte über die vorhandenen Teilchenbeschleuniger „mit Fremdatomen dotieren“, wie dies wissenschaftlich heißt. Dass sich das Ganze nur unter Spezialmikroskopen aufwendig betrachten lässt, macht die Forschungen nicht einfacher. Andere Gruppen werden die Form der Drähte oder den Materialmix verändern oder ihre Funktionen bei Bündelung untersuchen.

Dank ihres interdisziplinären Teams erhoffen sich die Wissenschaftler in drei Jahren, die elektronischen und photonischen Grundlagen der Wechselwirkungen und die Vorteile der Nanodrähte gegenüber anderen Technologien – etwa dünnen Schichten – besser zu verstehen. Ob und wie es in einer zweiten Förderphase weitergehen wird, entscheiden ihr Erfolg und die DFG. (Uni Jena)