Plättchen statt Quantenpunkte

Forscher um ETH-Professor David Norris klären anhand eines Modells den generellen Mechanismus, wie sich Nano-Plättchen bilden. Mit Katzengold konnten sie ihre Theorie auch gleich bestätigen.

» Von Peter Rüegg, 13.04.2017 06:20.

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Die Wissenschaft erforscht seit den 1980er-Jahren farbig leuchtende Quantenpunkte (engl.: Quantum Dots, QDs), und mittlerweile sind diese Nano-Kristalle auch im Alltag angekommen: Die Elektronikindustrie setzt solche in LCD-Fernsehern ein, um die Farbwiedergabe und damit die Bildqualität stark zu verbessern.

Quantenpunkte sind kugelförmige Nano-Kristalle aus Halbleitermaterial. Werden diese Kristalle mit Licht angeregt, leuchten sie grün oder rot – je nach ihrer Grösse, die zwischen zwei und acht Nanometern liegt. Die kugeligen Formen lassen sich sehr kontrolliert erzeugen.

Rechteckige hauchdünne Kristalle

Vor wenigen Jahren tauchte mehr oder weniger zufällig eine neue Art von Nano-Kristallen auf dem Radar der Forscher auf: Nano-Plättchen. Diese zweidimensionalen Strukturen sind wie Quantenpunkte nur wenige Nanometer gross, aber von einheitlicher flächiger rechteckiger Form. Sie sind extrem dünn, oft nur wenige Atom-Schichten dick. Diesem Umstand verdanken die Plättchen eine ihrer auffälligsten Eigenschaften: Ihr Leuchten ist extrem rein.

Bis jetzt rätselhaft war jedoch, wie die Plättchen entstehen und welche Gesetzmässigkeiten dahinter stehen. ETH-Professor David Norris und sein Team haben das Geheimnis nun gelüftet: «Wir wissen nun, dass es keine magische Formel gibt, um Nanoplättchen zu erzeugen – nur Wissenschaft», betont der Professor für Materialtechnik der ETH Zürich.
In einer soeben in der Fachzeitschrift «Nature Materials» erschienenen Studie zeigen die Forscher anhand von Cadmiumselenid-Nanoplättchen auf, wie diese ihre spezielle flache Form erreichen.

Wachstum ohne Schablone

Bislang ging die Forschung davon aus, dass es für dieses passgenaue Wachstum eine Art Formvorlage braucht. Wissenschaftler vermuteten eine Art Schablone, die durch Mischung spezieller Ausgangsverbindungen und Lösungsmitteln entsteht, in welchen sie diese flachen Nano-Kristalle erzeugten.

Norris und Kollegen konnten jedoch in Experimenten keinen Einfluss solcher Formvorlagen nachweisen – im Gegenteil: Die Plättchen können in einfachen Schmelzen der Ausgangsstoffe Cadmium-Carboxylat und Selen gänzlich ohne Lösungsmittel wachsen.

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