SFB 951: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen

Die F?higkeit Heterostrukturen aus verschiedenen Materialien pr?zise zu kontrollieren, hat die elektronischen und optischen Technologien der letzten Jahrzehnte revolutioniert. Um den wachsenden Herausforderungen dieser Schlüsseltechnologien zu begegnen, sind jedoch radikal neue Ans?tze erforderlich. Dazu hat der SFB ein bahnbrechendes und umfassendes Forschungsprogramm ins Leben gerufen, welches drei sehr unterschiedliche Materialklassen in anorganisch/organischen Hybridsystemen (hybrid inorganic/organic systems - HIOS) mit dem Ziel kombiniert, verbesserte und neuartige opto-elektronische Funktionalit?ten zu realisieren. Anorganische Halbleiter zeichnen sich durch eine hohe Ladungstr?gerbeweglichkeit aus, konjugierte organische Moleküle weisen eine starke Licht-Materie-Wechselwirkung auf und Metall-Nanostrukturen k?nnen Licht auf der Nanoskala lokalisieren und leiten. Dementsprechend hat der SFB die grundlegenden chemischen, elektronischen und photonischen Wechselwirkungen in HIOS untersucht und umfassend verstanden. Darüber hinaus wurden neuartige hybridisierte Quantenzust?nde und gekoppelte Anregungen an den HIOS Grenzfl?chen entdeckt. Gleichzeitig konnten wir das grunds?tzliche Limit der bislang eingesetzten modernen anorganischen Volumenhalbleiter identifizieren. Aufgrund der unvermeidlichen Oberfl?chenzust?nde und der Oberfl?chen-Bandverbiegung entsteht eine passive Zwischenschicht, die die Funktionalit?t betr?chtlich einschr?nkt.In der kommenden F?rderperiode werden wir das ?u?erst hohe Oberfl?che-zu-Volumen-Verh?ltnis sowie die starke Licht-Materie-Wechselwirkung von atomar dünnen Monolagen von ?bergangsmetalldichalkogeniden ausnutzen. Diese haben sich im Laufe der zweiten F?rderperiode als ideale anorganische Halbleiterkomponente für die Ziele des SFB erwiesen. Da wir nun HIOS herstellen k?nnen, die nur aus der aktiven Region selbst bestehen, er?ffnen sich neue M?glichkeiten, die vorher nicht realistisch vorstellbar gewesen w?ren. Wir werden nun die grundlegenden Wechselwirkungen und opto-elektronischen Eigenschaften dieser Heterostrukturen bestimmen, um eine maximale Kopplung und Funktionalit?t zu erzielen. Da die vertikale Ausdehnung dieser neuartigen HIOS nur im Bereich eines Nanometers liegt, k?nnen wir letztendlich das volle Potenzial von Metall-Nanostrukturen zur plasmonischen Verst?rkung der Lichtabsorption und -emission um mehrere Gr??enordnungen umsetzen. In Kombination mit neuen Generationen unserer einzigartigen molekularen Photoschalter erm?glicht das vom SFB 951 erlangte umfassende Know-how die Entwicklung von HIOS, die den Weg für überragende nanoskalige Bauelemente ebnen. Die Funktionalit?ten der avisierten ultra-kompakten Bauelemente umfassen Lichtemission und -detektion mit h?chster Modulationsfrequenz, vielf?ltig kontrollierbare Quantenemission, lokale Chiralit?tsmessung, elektronische und optische Multifunktionalit?t. Sogar die Emulation von Synapsen und Neuronen ist nun in Reichweite.