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Kugelförmige-Halbleiter-Nanokristalle, auch bekannt als Quantenpunkte (‘Quantum Dots’), wurden bisher am intensivsten erforscht und finden heute als fluoreszierende Materialien kommerzielle Verwendung. Trotz jahrzehntelanger Forschung ist es schwierig, Quantenpunkte mit identischer Grösse herzustellen. Die Grössenverteilung von Quantenpunkte limitiert die Reinheit ihrer emittierten Farbe und beeinträchtigt dadurch die Performance in Anwendungen wie Flachbildfernsehern oder Einzelphotonenquellen.
Das Projektteam wird versuchen, dieses Problem zu lösen, indem es zwei verwandte Klassen von Nanokristallen untersucht. Bereits heute kann man dünne, rechteckige Halbleiter-Nanokristalle mit gleicher atomaren Dicke herstellen. Dank ihrer verblüffend homogenen Dicke, weisen diese Nanoplättchen (‘Nanoplatelets’) eine drastisch verbesserten Farbreinheit auf. Die Gruppe des Stipendiaten hat vor kurzem ein Modell entwickelt, das die Entstehung und das Wachstum solcher Nanoplättchen erklärt. Das Projektteam wird dieses Modell weiterverwenden, um Nanoplättchen aus neuen Materialien herzustellen. Als zweite Klasse von Nanokristallen wird das Team sogenannte ‘Cluster magischer Grösse’ (‘Magic-sized Clusters’) untersuchen und ihre Verbindung zu Nanoplättchen ergründen. Man betrachtet diese als spezifische (‘magische’) Anordnungen (Clusters) von Halbleiteratomen, die eine stabile Struktur bilden. Diese Kristalle werden seit mehreren Jahrzehnten erforscht, jedoch bleibt bis heute unklar, weshalb diese Cluster entstehen. Klar ist, dass die chemischen Bedingungen, welche zur Bildung von ‘Cluster magischer Grösse’ führen, derjenigen von Nanoplättchen ähneln. Ein besseres Verständnis der Eigenschaften von Clustern, würde ihre Anwendung als Nanomaterial mit außergewöhnliche Farbreinheit ermöglichen.
Drei Doktoranden und ein Postdoktorand werden sich mit der chemischen Synthese, Strukturanalyse und optischen Charakterisierung dieser Materialien befassen. Das Projekt hat auch eine theoretische Komponente. Ziel ist es, das Kristallwachstum anhand analytischer Modelle und Simulationen zu ergründen. Das Projekt dient nicht nur der Ausbildung der Teammitglieder, sondern erforscht das Wachstum von Nanokristalle. Zudem geht es der Frage nach, inwieweit Nanokristallen mit homogener Größe und Form chemisch hergestellt werden können.