In einem neuen Forschungsprojekt haben Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB), der Technischen Universität Ilmenau (TU Ilmenau) und der Universität Paderborn wichtige Erkenntnisse über die Elektronendynamik an der Oberfläche von Indiumphosphid gewonnen. Dabei konzentrierten sie sich auf die Prozesse, die an den obersten Nanometern dieses vielfältig einsetzbaren Halbleiters ablaufen. Indiumphosphid findet Anwendung in Solarzellen, der Wasserstoffgewinnung und sogar Quantencomputern.
Die Forscher fanden heraus, dass neun energetische Zustände im Material existieren, die für interessante Prozesse von Bedeutung sind, wie beispielsweise die Spaltung von Wasser und die Erzeugung von grünem Wasserstoff durch elektrophotochemische Reaktionen. Ein genaues Verständnis der Elektronendynamik an der Oberfläche von Indiumphosphid ist entscheidend, um die Effizienz von photoelektrochemischen Anwendungen zu verbessern.
Um die Elektronendynamik zu untersuchen, setzte das Forschungsteam einen Titan-Saphir-Laser ein, der die Elektronen anstieß und zusätzliche Energie zuführte. Dadurch konnten die Elektronen in angeregten Zuständen vermessen werden. Dank dieser Untersuchungsmethode konnten die Wissenschaftler die erlaubten energetischen Zustände des Halbleiters genauer bestimmen und verstehen.
Eine der größten Herausforderungen bestand darin, die Oberfläche der Proben in absoluter Reinheit zu erhalten, da kleinste Verunreinigungen die Oberflächenzustände beeinflussen können. Dank der Erfahrung des Teams an der TU Ilmenau gelang es, die Proben im Ultrahochvakuum zu präparieren. Die Messung selbst war ebenfalls anspruchsvoll, da eine zeitaufgelöste Zwei-Photonen-Photoemissionsspektroskopie zum Einsatz kam.
Die Ergebnisse dieser Studie wurden in der Fachzeitschrift „Journal of the American Chemical Society“ veröffentlicht. Das Forschungsteam sieht in der Untersuchung der Elektronendynamik an der Oberfläche von Indiumphosphid einen wichtigen Schritt, um das Verständnis und die Anwendungsmöglichkeiten dieses vielseitigen Halbleiters weiter zu verbessern.