26
Struktur und Fluoreszenz
einzelner Halbleiternanopartikel
Da es selbst mit den besten derzeit bekann-
ten Synthesemethoden nicht möglich ist,
vollkommen einheitliche Nanostrukturen
herzustellen, können detaillierte Struktur-
Eigenschaftsbeziehungen nur durch Unter-
suchungen an einzelnen Objekten erforscht
werden.
Abbildung 1 zeigt die Ergebnisse von Experi-
menten, bei denen identische Nanokristalle
zunächst mit der Methode der konfokalen
optischen Mikroskopie und danach mit der
hochauflösenden Elektronenmikroskopie
untersucht wurden. Bei der konfokalen Mi-
kroskopie werden die Nanokristalle in hoch
verdünnter Form auf ein Substrat aufge-
bracht, welches mit speziellen Stellelemen-
ten mit hoher räumlicher Präzision durch
den Fokus eines Lasermikroskops bewegt
wird (links). Befindet sich ein fluoreszieren-
der Nanokristall im Fokus des Mikroskops,
so kann die Position des Partikels anhand
der Fluoreszenzintensität ermittelt wer-
den (Mitte). Ist das Substrat zusätzlich mit
Markierungen versehen, so kann derselbe
Nanokristall in einem hochauflösenden
Transmissionselektronenmikroskop (TEM)
aufgefunden und analysiert werden (rechts).
Diese Kombination von Methoden erlaubt
es beispielsweise, die Größe der Teilchen mit
deren Fluoreszenzwellenlänge oder die Kris-
tallinität der Teilchen mit der Fluoreszenzin-
tensität in Verbindung zu bringen.
Arbeitskreis Nanooptik, Institut für Physikalische Chemie
Prof. Dr. Alf Mews und PD Dr. Tobias Kipp
Im Arbeitskreis Mews/Kipp beschäftigen sich etwa 20Wissenschaftler mit der grundlegenden
Untersuchung der elektrischen und optischen Eigenschaften von Nanostrukturen, die sich durch
Variation von Strukturelementen wie Größe und Form ergeben. Dazu werden einzelne nanos-
kopische Objekte mit speziellen, im Eigenbau erstellten, optischen Mikroskopen untersucht.
Prinzipiell kann mit der Methode der Ein-
teilchenspektroskopie jeglicher Einfluss von
Probeninhomogenität, die sich beispiels-
weise aus leicht unterschiedlicher Teilchen-
größe, unterschiedlicher Orientierung oder
variierender Oberflächenbeschaffenheit
ergibt, ausgeschlossen werden. Beson-
ders groß sind diese Inhomogenitäten bei
nanoskopischen Hybridstrukturen, z.B. bei
Komplexen aus metallischen und halblei-
tenden Nanokristallen. Hier können sowohl
die halbleitenden, als auch die metalli-
schen Teilchen eine unterschiedliche Größe
aufweisen und zusätzlich kann deren
Abstand variieren. Allerdings sind solche
Hybridstrukturen von hohem wissenschaft-
lichem und auch technischem Interesse,
da sich die Fluoreszenzeigenschaften der
Halbleiterteilchen wesentlich durch die
Anwesenheit von Metallteilchen beeinflus-
sen lassen.
Abbildung 2 zeigt im linken oberen Bereich
eine Schemazeichnung eines mit SiO
2
ummantelten Goldteilchens (AuNP), auf
das ein Halbleiterpartikel (NC) chemisch
angebunden wurde. Im rechten oberen
Bereich ist ein TEM-Bild einer entsprechen-
den realen Hybridstruktur abgebildet. Da
das Goldteilchen eine Antennenfunktion
für das vom Halbleiterteilchen absorbierte
und ausgestrahlte Licht übernimmt, wird
die Fluoreszenzintensität des Halbleiterpar-
tikels deutlich verändert, was für einzelne
Emitter zum Beispiel anhand einer im
unteren Bereich der Abbildung gezeigten
transienten Fluoreszenzintensität erkenn-
bar ist.
Elektrische und optische Eigenschaften
einzelner Halbleiternanodrähte
Neben Halbleiter- und Metallnanokristallen
werden in unserer Gruppe auch Halblei-
ternanodrähte synthetisiert und optisch
sowie elektronisch charakterisiert.
Abbildung 1: Fluoreszenz und Struktur identischer Nanokristalle
Abbildung 2: Fluoreszenz eines Halbleiter-
teilchens (NC) angebunden an ein SiO
2
beschichtetes Goldteilchen (AuNP)
Abbildung 3: Kombination verschiedener
mikroskopischer Techniken zur Charakterisie-
rung von Halbleiternanodrähten basierend
auf Fluoreszenz- (PL), Kraft- (AFM), elektri-
scher Ladung (EFM) oder Kontrast bei Durch-
strahlung mit Elektronen (HRTEM)
