Halb\u00adlei\u00adter be\u00adstim\u00admen unseren Alltag: Sie bilden die Grundlage f\u00fcr die Elektronik in Computern oder Mobiltelefonen und tragen ma\u00df\u00adgeb\u00adlich zur Optoelektronik durch Laser und Leucht\u00addi\u00ado\u00adden bei. Entscheidend f\u00fcr den tech\u00adnisch\u00aden Ein\u00adsatz ist die M\u00f6g\u00adlich\u00adkeit, die Dimensionalit\u00e4t von Halb\u00adlei\u00adtern und damit die freie Beweglichkeit von Ladungen einzuschr\u00e4nken \u2013 von drei auf zu\u00adn\u00e4chst zwei und dann weiter auf eine und null Dimensionen. <\/p>\n\n\n\n
In nulldimensionalen Strukturen, auch Quantenpunkte genannt, weisen Elek\u00adtro\u00adnen, die darin eingeschlossen sind, diskrete Energiewerte auf, \u00e4hnlich wie Elek\u00adtro\u00adnen in Atomen. Daher wer\u00adden Quantenpunkte oft auch k\u00fcnstliche Atome genannt. Prof. Manfred Bayer, Physiker sowie Rektor der TU Dort\u00admund<\/a>, hat zu\u00adsam\u00admen mit inter\u00adnatio\u00adnalen Forschern nun wei\u00adtere Anwendungspotenziale f\u00fcr Quantenpunkte in Halb\u00adlei\u00adternaufgezeigt.<\/p>\n\n\n\n Die Ent\u00adwick\u00adlung von Quantenpunkten begann Mitte der 1980er-Jahre. F\u00fcr ih\u00adre Herstellung haben sich zwei unterschiedliche Ver\u00adfah\u00adren etabliert: Das eine physikbasiert im Hochvakuum (epitaktische Quantenpunkte), das andere chemiebasiert durch Synthese in entsprechenden L\u00f6\u00adsun\u00adgen (kolloidale Quantenpunkte). Beide Ver\u00adfah\u00adrenfanden schnell ihren Weg in die An\u00adwen\u00addung: Epitaktische Quantenpunkte kom\u00admen zum Bei\u00adspiel in Quantenpunktlasern, kolloidale Quantenpunkte als \u201eFarbwandler\u201c zur Erzeugung der Farben Gr\u00fcn und Rot in Fernsehern zum Ein\u00adsatz. In j\u00fcngster Zeit haben Forscher*innen gr\u00f6\u00dfere Fortschritte ins\u00adbe\u00adson\u00adde\u00adre in der Herstellung von Quantenpunkten ge\u00admacht, die wei\u00adtere An\u00adwen\u00addungen er\u00adm\u00f6g\u00adli\u00adchen.<\/p>\n\n\n\n Um Per\u00adspek\u00adtiven und Probleme solcher An\u00adwen\u00addungen geht es in dem Artikel, an dem Fachleute aus Toronto, Chicago, Los Alamos, Tokio, Barcelona und Dort\u00admund mitgewirkt haben. Er wurde k\u00fcrz\u00adlich im f\u00fchrenden Wissenschaftsmagazin Science ver\u00ad\u00f6f\u00adfent\u00adlicht. Darin wird eine Vielzahl von m\u00f6glichen Einsatzgebieten solcher nulldimensionaler Strukturen diskutiert.<\/p>\n\n\n\n So k\u00f6nnten kolloidale Quantenpunkte die Photovoltaik revolutionieren, indem sie\u00a0bei\u00adspiels\u00adweisein Fenster eingebettet\u00a0wer\u00adden. Daf\u00fcr\u00a0m\u00fcs\u00adsen\u00a0sie so beschaffen sein, dass sie Licht im sichtbaren Bereich passieren lassen, um die\u00a0R\u00e4u\u00adme\u00a0nach wie vor hell zu\u00a0ge\u00adstal\u00adten. Licht im infraroten Bereich\u00a0m\u00fcs\u00adsen\u00a0sie dagegen absorbieren, so dass es dann in elektrische Energie umgewandelt\u00a0wer\u00adden\u00a0kann. Dies kann durch die geeignete Wahl von Material und Gr\u00f6\u00dfe der Quantenpunkte\u00a0er\u00adreicht\u00a0wer\u00adden. Auf diese Weise k\u00f6nnten\u00a0bei\u00adspiels\u00adweise\u00a0s\u00e4mtliche Fensterfronten in Hochh\u00e4usern f\u00fcr die Photovoltaik genutzt\u00a0wer\u00adden. Mit dieser\u00a0Tech\u00adno\u00adlo\u00adgie\u00a0k\u00f6nnte auch das Sonnenlicht in Gew\u00e4chsh\u00e4usern gezielt gelenkt\u00a0wer\u00adden, sodass Nutzpflanzen schneller reifen und geerntet\u00a0wer\u00addenk\u00f6n\u00adnen.<\/p>\n\n\n\n Auch interessant: Quantenneuronale Netze pushen maschinelles Lernen und KI<\/a><\/strong><\/p>\n\n\n\n Die Forscher f\u00fchren eine Vielzahl weiterer An\u00adwen\u00addungen im Artikel auf. Diese betreffen sehr unterschiedliche Technologiefelder wie bei\u00adspiels\u00adweise die Herstellung von ener\u00adgie\u00adeffi\u00adzien\u00adten Displays und Beleuchtungsmodulen f\u00fcr die Optoelektronik, Sensorik wie etwa in W\u00e4rmebildkameras, das Feld der Quantentechnologien oder den Ein\u00adsatz als medizinische Marker. <\/p>\n\n\n\n In vie\u00adlen Be\u00adrei\u00adchen scheinen die An\u00adwen\u00addungenzum Greifen nahe. In anderen sind wiederum noch signifikante He\u00adraus\u00adfor\u00adde\u00adrun\u00adgen zu l\u00f6sen \u2013 sei es die Ent\u00adwick\u00adlung von umweltfreundlichen Ma\u00adte\u00adri\u00adalien ohne Schwermetalle, die ressourcenschonende, \u201egr\u00fcne\u201c Herstellung der Quantenpunkte durch neu\u00adar\u00adti\u00adge che\u00admi\u00adsche Ausgangsstoffe oder ihr Recycling.<\/p>\n\n\n\n Originalpublikation: Garc\u00eda de Arquer et al.: Semiconductor quantum dots: Technological progress and fu\u00adturechallenges. Science 373, DOI<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Halb\u00adlei\u00adter be\u00adstim\u00admen unseren Alltag: Sie bilden die Grundlage f\u00fcr die Elektronik in Computern oder Mobiltelefonen und tragen ma\u00df\u00adgeb\u00adlich zur Optoelektronik durch Laser und Leucht\u00addi\u00ado\u00adden bei. 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