Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

52 — Forschung Lehrstuhl für experimentelle Physik / Festkörperphysik Prof. Dr. Carsten Ronning Forschungsschwerpunkte  Halbleiternanodrähte : Synthese durch chemische Gasphasenabscheidung (VLS-Mechanismus), Funktionalisierung durch Ionenimplantation, Lasing-Eigenschaften einzelner Nanodrähte sowie deren Dynamiken und Ausstrahlcharakteristiken  Photovoltaik : Umfassende Charakterisierung von Solarzellen, insbesondere mit Synchrotron– und Elektronstrahl-basierten Methoden zur Strukturaufklärung, Dünnschichtsolarzellen basierend auf Cu(In,Ga)(Se,S)- und Kersterit-Absorbern  Ionen-Festkörper-Wechselwirkungen : Ionenstrahlsynthese und –modifikation von Materialien, Na- nostruktur-Effekte, Monte-Carlo-Simulationen  Metaoberflächen : Synthese durch maskierte Ionenbestrahlung oder einem fokussierten Ionen- strahl, Phasenwechsel– und Phasenübergangs-Materialien, Silizium In der Forschergruppe arbeiten Wissenschaft- ler aus ganz Deutschland daran, lichtleitende Drähte aus Halbleitermaterialien herzustellen und deren Eigenschaften zu untersuchen – winzige Drähte mit nur etwa zehn bis fünfhundert Nano- metern Durchmesser. So dünn, dass die Wellen- längen des sichtbaren Lichts optimal in sie ‚hin- einpassen‘. Perfekte Lichtleiter also. Drei weitere Eigenschaften machen die Drähte darüber hinaus bemerkenswert: sie sind ein »aktives Medium«, das Photonen aussenden kann, sie lassen sich durch Energie anregen und reflektieren an ihren Enden das Licht, wodurch sie als »Resonator« wirken –durch diese Eigenschaften werden sie zu winzig kleinen Lasern. DFG-Forschergruppe 1616: Dynamics and Interactions of Semiconductor Nanowires for Optoelectronics Um die Drähte herzustellen nutzen die For- scher ein etabliertes Verfahren: Sie bringen feine Partikel – meist Goldnanopartikel – auf ein Sub- strat auf und bedampfen die Oberfläche dann mit den Substanzen, aus denen die Drähte ent- stehen sollen: Galliumnitrit, Zinkoxid oder Galli- umarsenid. An den Nanopartikeln lagern sich diese an und die winzigen Drähte wachsen in die Höhe. Um das volle Potential der kleinen Laser aus- zuschöpfen, ist es besonders wichtig, herauszu- finden, in welcher Weise und wie schnell diese Licht ausstrahlen. Beides ist nun gelungen, wie die Abbildung 1 schematisch demonstriert: bei sehr dünnen Drähten wird das Licht gaußförmig abgestrahlt, wobei die HE 11 -Mode innerhalb des Drahtes dominant ist. Dies führt auch zu schnel- len Emissionen im Bereich von wenigen ps. Sind die Drähte jedoch dicker, verändert sich dies ganz erheblich: Dann strahlen die Drähte an den Rändern stärker und in ihrer Mitte weniger, und sind auch deutlich langsamer. R. Röder, et al. „Mode switching and filtering in nanowire lasers“, Nano Letters 16 , 2878 (2016) M. Zapf, et al. „Dynamical Tuning of Nanowire Lasing Spectra“, Nano Letters 17 , 6637 (2017) T.P.H. Sidiropoulos, et al. „Ultrafast plasmonic nanowire lasers near the surface plasmon frequency“, Nature Physics 10 , 870 (2014) Abb. 1 : (links) Dynamiken von zwei ZnO-Nanodraht- lasern mit unterschiedlichen Durchmessern. (rechts) SEM-Aufnahme eines Nanodrahtensembles.