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Inter­natio­nales Team präsentiert Er­geb­nisse in Nature Com­mu­ni­ca­tions

TU-Forschende bringen „Licht in die Dunkelheit“

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Mikroskopische Aufnahme einer Nanoantenne. © TU Dort­mund
Mikroskopische Aufnahme einer Nanoantenne bestehend aus zwei Zylindern mit einem Radius von jeweils einem halben Mikrometer und einer Höhe von 200 Nanometern. Die beiden Zylinder sind weniger als 100 Milliardstel Meter voneinander getrennt. In diesem Gebiet wird die Emission von Licht besonders stark. Zur Erzeugung von Licht ist die Antenne mit einer dünnen Schicht von Wolframdiselenid überzogen, die eine Dicke von nur einer atomaren Lage aufweist.

Die Wechselwirkung von Licht und Materie ist bestimmend für unser Leben. Beispiele dafür sind die Photosynthese in der Natur oder die Photovoltaik für Solarzellen. Daher laufen weltweit intensive Bemühungen, die Wechselwirkung von Licht und Materie zu optimieren. Maßgeblich beteiligt sind daran Forscherinnen und Forscher der TU Dort­mund. Im renommierten Fachmagazin Nature Com­mu­ni­ca­tions präsentierten sie in dieser Woche gemeinsam mit einem inter­natio­nalen Team Er­geb­nisse ihrer For­schung.

Die Wechselwirkung von Licht und Materie zu optimieren, gelingt besonders gut, wenn das Lichtfeld in kleinen räumlichen Bereichen konzentriert und verstärkt werden kann, z.B. in sogenannten Nanoresonatoren oder Nanoantennen. Dies sind Gebilde mit zwei Zylindern mit einem Radius von jeweils einem halben Mikrometer und einer Höhe von 200 Nanometern. Sie sind so geformt, dass sie einen kleinen Zwischenraum mit Abmessungen bis hinab zu wenigen Milliardstel Metern bilden, in dem das Lichtfeld gefangen wird.

Im letzten Jahrzehnt ist es ge­lungen, solche Resonatoren mit hoher Präzision aus Metallen herzustellen. In kleinen, gezielt geformten Zwischenräumen im Metall wird das Lichtfeld zwar verstärkt, gleichzeitig wird es aber im Metall selbst stark gedämpft, ähnlich dem elektrischen Widerstand bei Stromtransport in Metallen. Die daraus resultierenden Verluste stellen eine beträchtliche Einschränkung für praktische An­wen­dungen dar.

Erhöhte Wechselwirkung durch Antennen aus Galliumphosphid

Einem Team aus Sheffield, London, München und der TU Dort­mund ist es nun ge­lungen, solche Antennen aus einem Material – Galliumphosphid – aufzubauen, in dem diese Verluste komplett unterdrückt werden. Die erhöhte Licht-Materie-Wechselwirkung konnte dadurch gezeigt werden, dass eine Lichtquelle, eine einatomige Lage von Wolframdiselenid, in die Antenne eingebracht wurde. Dabei konnten die Forscherinnen und Forscher zeigen, dass die Lichtemission aus diesem Material im Vergleich zur Emission ohne Antenne erheblich anwächst.

Das Dort­mun­der Team hat zu den Untersuchungen mit zeitaufgelösten Messungen beigetragen und dabei gezeigt, dass die Lichtemission drastisch beschleunigt wird und damit elektrische Energie besonders effizient in Licht umgewandelt werden kann. Diese Experimente waren Teil einer neuen Kooperation zwischen Sheffield und Dort­mund, die die nächsten vier Jahre mit 1,4 Millionen Pfund vom britischen Forschungsrat Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) un­ter­stützt wird.

Weitere In­for­ma­ti­onen:

Sortino et al., Enhanced light-matter interaction in an atomically thin semiconductor coupled with dielectric nano-antennas, Nature Com­mu­ni­ca­tions volume 10, 5119 (2019)

 

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Der Campus der TU Dort­mund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dort­mund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dort­mund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Campus Süd, die Abfahrt Dort­mund-Dorstfeld auf der A40 zum Campus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Uni­ver­si­tät ausgeschildert.
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Direkt auf dem Campus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dort­mund Uni­ver­si­tät“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 20- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dort­mund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duisburg. Außerdem ist die Uni­ver­si­tät mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, außerdem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.
 

Zu den Wahrzeichen der TU Dort­mund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dort­mund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dort­mund Uni­ver­si­tät S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

Vom Flughafen Dort­mund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dort­mun­der Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Uni­ver­si­tät. Ein größeres Angebot an inter­natio­nalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Kilometer entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Uni­ver­si­tät zu erreichen ist.

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