Ein Forschungsteam am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), der TU Dresden und dem Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) hat bedeutende Fortschritte in der Entwicklung von Nanoplättchen aus Cadmiumselenid (CdSe) erzielt. Diese Nanostrukturen sind von großem Interesse für die Schaffung neuer elektronischer Materialien, insbesondere aufgrund ihrer außergewöhnlichen optischen Eigenschaften, die seit dem Jahrtausendwechsel erforscht werden. Dr. Rico Friedrich und Prof. Alexander Eychmüller leiten das Projekt, das in der renommierten Fachzeitschrift Small veröffentlicht wurde. Die zentrale Erkenntnis ist, dass aktive Ecken und Defekte in diesen Nanoplättchen die chemische Reaktivität sowie die optischen und elektronischen Eigenschaften entscheidend beeinflussen.

Die gezielte Herstellung dieser Nanostrukturen stellt eine Herausforderung dar. Hierbei spielt der Kationenaustausch eine wesentliche Rolle, da er es ermöglicht, die Zusammensetzung und Struktur der Nanopartikel zu kontrollieren. Dies könnte zu organisierten Strukturen führen, die für NIR-aktive Sensoren oder neuartige elektronische Bauteile von Bedeutung sind. NIR-aktive Materialien sind besonders relevant in Bereichen wie der medizinischen Diagnostik, der Kommunikationstechnologie und der Solarenergie.

Technologische Fortschritte und Methoden

Um die Eigenschaften dieser Nanostrukturen zu untersuchen, kombinierten die Forschenden synthetische Verfahren, Mikroskopie und Computersimulationen. Die aktuellen Studien fokussieren sich auf die aktiven Ecken der Nanoplättchen, die es ermöglichen, diese Strukturen zielgerichtet miteinander zu verknüpfen. Diese Erkenntnisse sind auch für andere Forschungsbereiche der Nanowissenschaft, wie Katalyse und Quantenmaterialien, von großer Bedeutung.

Im Kontext der Quantenpunkte (QDs) zeigt eine Untersuchung, dass die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Materialien auch die optischen Eigenschaften beeinflussen. Das historische Verständnis dieser Phänomene, das unter anderem durch die Arbeiten von Brus und seinen Kollegen geprägt wurde, hat die Grundlagen vielfältiger Anwendungsgebiete revolutioniert. Die Forschungsergebnisse weisen darauf hin, wie wichtig die Ligandenabdeckung für die Leistungsfähigkeit der QDs ist, und wie sie die dielektrischen Eigenschaften der Nanostrukturen beeinflussen können. Dies wird durch das CTST-Modell (Charge-Tunneling and Self-Trapping) untermauert, welches die Wechselwirkungen zwischen den QDs und ihrer Umgebung beschreibt.

Ein Blick in die Nanotechnologie

Die Fortschritte in der Nanotechnologie selbst wurden durch technologische Innovationen wie Rastertunnel- und Rastersondenmikroskopie vorangetrieben. Diese Techniken, die in den 1980er Jahren von IBM entwickelt wurden, ermöglichen es, einzelne Atome sichtbar zu machen und gezielt zu manipulieren. Fraunhofer beschreibt, dass die Nanotechnologie nicht nur für technische Anwendungen von Bedeutung ist, sondern auch die Basis für das Verständnis vieler biologischer Systeme bildet, die in ihren funktionalen Einheiten nanoskalig aufgebaut sind, wie beispielsweise DNA.

Insgesamt zeigen die aktuellen Forschungsanstrengungen, dass das Zusammenspiel von Grundlagenforschung und angewandter Wissenschaft entscheidend für die Entwicklung neuer Materialien ist. Die Kombination aus fortschrittlichen Herstellungsverfahren und tiefgreifendem Materialverständnis wird die Grundlage für zukünftige Innovationen in der Nanotechnologie bilden.

Die Publikation, die die Ergebnisse zusammenfasst, trägt den Titel „Weak Spots in Semiconductor Nanoplatelets: From Isolated Defects Toward Directed Nanoscale Assemblies“ und ist in der Fachzeitschrift Small erschienen (DOI: 10.1002/smll.202411112). TU Dresden berichtet, dass diese Erkenntnisse nicht nur für die Entwicklung neuer elektronischer Bauteile, sondern auch für die Verbesserung bestehender Technologien von Bedeutung sind.