Wie schnell werden Elektronen übertragen?

FAU-Forscher demonstrieren Ladungstransfer auf der Attosekundenskala in einer Schottky-Diode

Ein Forschungsteam des Departments Physik hat eine Methode entwickelt, mit der die Geschwindigkeit des Elektronentransfers zwischen zwei Materialien zuverlässig gemessen werden kann. Das könnte die Entwicklung neuartiger elektronischer Bauteile mit ultraschnellen Taktraten vorantreiben. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Nature Photonics unter dem Titel „Attosecond-fast internal photoemission“ veröffentlicht.

Die Übertragung von Ladungen zwischen zwei Materialien ist ein fundamentaler Prozess in elektronischen Bauteilen, etwa in Transistoren oder Solarzellen. Neuartige Kombinationen aus gestapelten zweidimensionalen Materialien können diesen Prozess enorm beschleunigen. Forschern um Prof. Dr. Peter Hommelhoff vom Lehrstuhl für Laserphysik in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Angewandte Physik (Prof. Dr. Heiko B. Weber) ist es erstmals gelungen, die Geschwindigkeit des Ladungstransfers in solchen Heterostrukturen zu messen: Sie haben Graphen, eine zweidimensionale Schicht aus Kohlenstoffatomen, und einen Halbleiter aus Silizumkarbid zu einer sogenannten Schottky-Diode kombiniert, mit Laserpulsen angeregt und ermittelt, wie viele Elektronen in einer bestimmten Zeit aus dem Graphen abflossen, bevor die Photoabsorption im Material gesättigt war.

Mit dieser Methode, von den Wissenschaftlern CHAMELEON getauft, konnte der schnellste jemals gemessene Ladungstransfer zwischen zwei Materialien ermittelt werden: Knapp 300 Attosekunden dauerte der Elektronenübergang. Zum Vergleich: Eine Attosekunde entspricht dem milliardsten Teil einer milliardsten Sekunde. Die exakte Bestimmung der Ladungstransferzeit verschiedenartiger Materialschnittstellen könnte die Entwicklung ultraschneller optoelektronischer Bauteile beschleunigen.

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Christian Heide
Lehrstuhl für Laserphysik
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