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Visualisierung eines Kristallgitters mit Defekt
und eingebrachtem Farbzentrum (Cem Güney Torun)

Von Computerchips bis hin zu Quantenpunkten - technologische Plattformen wie diese wurden erst durch ein detailliertes Verst?ndnis der eingesetzten Festk?rpermaterialien m?glich, zum Beispiel von Silizium oder komplexere Halbleitermaterialien. Zu diesem Verst?ndnis geh?rt auch, Verunreinigungen imKristallgitter solcher Materialien identifizieren und kontrollieren zu k?nnen. Fehlt etwa in der Gitterstruktur derKristalle ein Atom, kann sich dort ein einzelnes Elektron und damit elektrische Ladung fangen. Solche Ladungsfallen erzeugen elektromagnetisches Rauschen, das die Funktionsf?higkeit dieser Materialen einschr?nkt. Allerdings ist es au?erordentlich schwierig, diese Ladungsfallen auf einer atomaren Gr??enskala zu lokalisieren.

Forschende der?Arbeitsgruppe??Integrierte Quantenphotonik“?am Institut für Physik der Humboldt Universit?t zu Berlin (HU) sowie des ?Joint Lab Diamond Nanophotonics“ am Ferdinand-Braun-Institut haben unter der Leitung von Prof. Dr. Tim Schr?der einen neuen Sensor entwickelt, der solche einzelnen elektrischenLadungen pr?ziser nachweisen kann als dies bisher m?glich war. Dafür setzten sie selbst auf einen Defekt im Kristallgitter – zwei Leerstellen kombiniert mit einem Fremdatom, die wegen ihrer F?higkeit Licht zu absorbieren und zu emittieren auch Farbzentrum genannt werden.?Es ist bereits bekannt, dass solche lichtaktiven Farbzentren als Sensor genutzt?werden k?nnen, um 金贝棋牌 über Materialeigenschaften zu gewinnen; mit dem neu entwickelten Sensor lassen sich einzelne elektrische Ladungen allerdings pr?ziser nachweisen. Dafür wurde ein solches Farbzentrum in ein rechteckiges Materialstück aus künstlichem Diamant eingebracht.?Die Beobachtung kleinster ?nderungen in der Farbe des Lichts, das?das Farbzentrum?imkünstlichem Diamant aussendet, bildet den Hauptmechanismus zur Lokalisierung der Ladungsfallen einzelnerElektronen. Das Farbzentrum zeichnet sich durch eine spezifische Empfindlichkeit gegenüber elektrischen Feldern aus. Wird eine einzelne Ladung in der N?he des Sensors eingefangen, sind die Farb?nderungen deutlich; befinden sich die Ladungen dagegen nur ein kleines Stück weiter entfernt, verursachen sie fast keine ?nderungen. Dadurch wird eine ?u?erst pr?zise Bestimmung einzelner Defekte m?glich. Darüber hinaus erlaubt die Methode ein Monitoring der Ladungen in Echtzeit, indem die Messung in regelm??igen Abst?nden von bis zu einer Millionstel Sekunde wiederholt wird.

Patentanmeldung: Werkzeug für Materialwissenschaftler im Quantenzeitalter

Eine Studie, die die Eigenschaften des Sensors demonstriert, haben die Forschenden kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Communications ver?ffentlicht. Zudem haben sie das Verfahren und die Vorrichtung zur Lokalisierung von Ladungsfallen in einem Kristallgitter in Deutschland und in den USA als Patent angemeldet. ?Dieses Ger?t ist ein neues Werkzeug für Materialwissenschaftler, das physikalische Prozesse sichtbar machtund verstehen hilft, die wir bisher nicht beobachten konnten. Denn wir k?nnen nun die Wechselwirkung von Ladungen mit Kristalldefekten deutlich pr?ziser lokalisieren und zudem viel schneller aufzeichnen als zuvor“, sagt Dr. Gregor Pieplow, der die Software und die methodologischen Grundlagen für den Sensor entwickelt hat. ?Das Potenzial des Sensors ist noch wesentlich gr??er“, erg?nzt Cem Güney Torun, der an der Konzeption und dem Aufbau des Experimentes gearbeitet hat. ?Die Integration von Farbzentren in mikroskopische Diamantspitzen wird es erm?glichen, verschiedenste Materialien zu analysieren und einen wirklich atomaren, zeitaufgel?sten und schnellen Scansensor zu realisieren.“

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Link zur?Patentanmeldung in USA

Link zur Patentanmeldung in Deutschland

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Dr. Gregor?Pieplow

Institut?für?Physik an der Humboldt-Universit?t?zu Berlin
E-Mail: gregor.pieplow@physik.hu-berlin.de

Cem Güney Torun

Institut für Physik an der Humboldt-Universit?t zu Berlin
E-Mail: toruncem@physik.hu-berlin.de

Prof. Dr. Tim Schr?der

Institut für Physik an der Humboldt-Universit?t zu Berlin
E-Mail: tim.schroeder@physik.hu-berlin.de

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