Synthese und nichtlineare Spektroskopie von Nanokristallen

In diesem Projekt synthetisieren wir verschiedene kolloidale halbleitende Nanokristalle wie Quantenpunkte oder Nanoplatelets und untersuchen ihre Dynamik mittels zeitaufgelöster Spektroskopie. Durch systematische Variation der chemischen Zusammensetzung, Größe und Morphologie der Nanokristalle können wir ihre exzitonischen und optoelektronischen Eigenschaften mit hoher Präzision abstimmen. Um gezielt bestimmte Kristallformen wie Stäbe oder Platten zu realisieren, nutzen wir bei der Synthese bestimmte Liganden, die selektiv an bestimmte Kristallflächen binden und so das anisotrope Kristallwachstum fördern. Über die Konzentration der Precursor-Substanzen sowie Temperatur und Reaktionszeit kann die Größe der Nanokristalle eingestellt werden. Somit kann bei der Synthese das räumliche Confinement der Exzitonen angepasst werden, was wiederum präzise Kontrolle über die optischen Eigenschaften des Kristalls erlaubt.

Zur Untersuchung der energetischen Struktur sowie der Dynamik der exzitonischen Zustände nutzen wir Methoden der Fluoreszenz-detektierten kohärenten multidimensionalen Spektroskopie. Der Vorteil dieser spektroskopischen Methode ist, dass Hintergrundsignale von Lösungsmitteln effektiv vermieden werden und Dynamiken mit einer zeitlichen Auflösung von bis zu 10 fs abgetastet werden können. Somit lassen sich ultraschnelle Korrelationen auch bei Raumtemperatur messen.

Von besonderem Interesse ist die Ermittlung von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen, mit direkter Relevanz für technologische Anwendungen wie Quantencomputern. Mit unseren spektroskopischen Methoden können wir dabei sehr selektiv bestimmte Phänomene messen. Wir untersuchen zum Beispiel, inwiefern Zusammensetzung, Größe und Form von Nanokristallen einen Einfluss auf die Lebensdauer kohärenter Superpositionszustände haben. Eine weitere interessante Fragestellung ist, ob man die Rate der Multiexzitonen-Generierung, welche für die Entwicklung effizienter Solarzellen maßgeblich ist, durch gezielte Synthese erhöhen könnte.