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Gegenüber herkömmlichen Halbleitern wie Silizium
oder Galliumarsenid bieten konjugierte Kunststoff-Polymere den
Vorteil, einfach hergestellt werden zu können und sich zu großen,
mechanisch biegsamen Bauelementen verarbeiten zu lassen. Der
Kreativität der Chemiker bei der Herstellung neuer Materialien ist
dabei kaum eine Grenze gesetzt. "Dabei werden jeder neu
synthetisierten Kreation neue Eigenschaften zugeschrieben", so Lupton.
"Aber eine wirklich grundlegende Korrelation der chemischen Struktur
dieser langkettigen Kunststoffe, etwa der Elemente, die das Rückgrat
bilden, oder jener, die dieses verzieren, existiert noch nicht."
Bei konjugierten Halbleitern handelt es sich um
molekulare Halbleiter. "Deshalb macht es Sinn, Untersuchungen auf der
Ebene einzelner Moleküle durchzuführen", meint Florian Schindler,
Erstautor der Studie. "So kann man anhand des Verhaltens eines
einzelnen Moleküls Rückschlüsse auf die Ensembleeigenschaften wie in
einer Photodiode, Solarzelle oder Leuchtdiode gewinnen." Die
Einzelmolekülspektroskopie erwies sich dabei als Mittel der Wahl. Bei
dieser Art der Analyse werden nur einzelne Moleküle untersucht, so
dass auch deren individuelle Veränderungen im zeitlichen Verlauf
beobachtet werden können. Bei einer gleichzeitigen Untersuchung
mehrerer Moleküle überlappen die verschiedenen Zustände, so dass nur
ein Durchschnittswert ermittelt werden kann.
Die konjugierten Polymere bestehen aus langen
Ketten, die sich aus einzelnen Segmenten zusammensetzen. Diese so
genannten Chromophore sind die Licht emittierenden Untereinheiten, die
miteinander wechselwirken wie Lichtquellen auf einer Lichterkette.
Erlischt eine dieser molekularen Lichtquellen, so kann dies auch zum
Erlöschen der anderen führen. Die Chromophore waren die
Untereinheiten, die von Lupton und seinem Team mittels
Einzelmolekülspektroskopie individuell analysiert wurden. Die Physiker
wählten dazu technologisch vielversprechende, aber chemisch sehr
unterschiedlich aufgebaute Materialien. Tatsächlich konnten auf der
Ebene der einzelnen Chromophore aber identische spektroskopische
Merkmale nachgewiesen werden, die damit von der chemischen Struktur
weitgehend unabhängig zu sein scheinen.
Die Physiker schlagen nun vor, dass Korrelationen
zwischen Struktur und physikalischen Eigenschaften vorwiegend aus der
"molekularen Überstruktur" resultieren, also daraus, wie sich die
Polymere selbst organisieren. "Man könnte das damit vergleichen, dass
in zwei unterschiedlichen Materialien - oder, wenn man so will, in
einem Ford und einem Porsche - dieselben Glühlampen stecken", meint
Lupton. Ebenfalls untersucht wurde der Vorgang, wenn ein Chromophor
erlischt und die restlichen Lichtquellen folgen. "Dieser
"Wackelkontakt" folgt einer vorgegebenen Systematik", berichtet Lupton.
"Es flackern nicht nur die Lichter an und aus, sondern die Lichter
selbst ändern in kurzen Zeitabständen ihre Farbe. Wir vermuten eine
Umverteilung von Ladungen in der Umgebung des Moleküls." Die
konjugierten Systeme bieten aber wohl nicht nur diesen neuartigen
physikalischen Effekt. "Es könnten auch Anwendungen in der
nanoskaligen Optoelektronik möglich sein", meint Lupton. "Dabei werden
Bauelemente aus einzelnen oder einigen wenigen Molekülen aufgebaut." (suwe) |
