BASEL / LONDON (IT BOLTWISE) – Ein Forschungsteam der Universität Basel hat mithilfe ultraschneller Spektroskopie neue Einblicke in den Energiefluss in Halbleitern gewonnen. Diese Erkenntnisse könnten die Entwicklung effizienterer elektronischer Geräte und Computerchips maßgeblich vorantreiben. Die Studie zeigt, wie Energie nach einer Anregung durch extrem kurze Laserpulse im Material verteilt wird.
In der modernen Elektronik sind Halbleiter unverzichtbar, sei es in Smartphones oder Laptops. Die Prozesse, die im Inneren dieser Materialien ablaufen, sind jedoch noch nicht vollständig verstanden. Ein Forschungsteam der Universität Basel hat nun erstmals in bisher unerreichter Detailgenauigkeit beobachtet, wie Energie in einem Halbleitermaterial nach der Anregung mit extrem kurzen Laserpulsen weiterfließt. Diese Erkenntnisse sind entscheidend für die Entwicklung effizienterer elektronischer Geräte und Computerchips.
Die Forscher um Prof. Dr. Ilaria Zardo haben eine Technik entwickelt, mit der sich genau messen lässt, wie sich Elektronen und Phononen nach einer Anregung durch ultrakurze Laserpulse von nur 30 Femtosekunden im Kristallgitter des untersuchten Materials bewegen und Energie austauschen. Diese Methode ermöglicht es, in Echtzeit zu beobachten, wie die Energie Schritt für Schritt vom elektronischen System auf das Gitter übergeht. Die Ergebnisse zeigen, wie sich die Frequenz, Intensität und Dauer der Gitterschwingungen nach der Anregung zeitlich verändern.
Die Messungen sind besonders herausfordernd, da sie über 48 Stunden laufen und das System einmal pro Mikrosekunde mit einem kurzen Laserpuls angeregt wird. Die beobachteten Veränderungen des Systems spielen sich dann im Pikosekundenbereich ab. Diese hohe zeitliche und energetische Auflösung ermöglicht es, verschiedene Energieverlust-Mechanismen voneinander zu unterscheiden. Die Forschenden ergänzten ihre experimentellen Untersuchungen mit aufwendigen Computersimulationen, um die den Messergebnissen zugrunde liegenden physikalischen Prozesse im Detail nachvollziehen zu können.
Die gewonnenen Erkenntnisse sind nicht nur für die Grundlagenforschung von Bedeutung, sondern auch für die Weiterentwicklung moderner Elektronik und neuartiger phononischer Bauelemente. Sie könnten zu besseren Chips, Sensoren oder anderen elektronischen Geräten führen. Diese Forschungsergebnisse wurden im Fachjournal Advanced Science veröffentlicht und bieten eine wichtige Grundlage für zukünftige Entwicklungen in der Halbleitertechnologie.
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