Transiente Lokalisierung von Ladungsträgern in organischen Halbleitern

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Dressel; Professor Dr. Jens Pflaum
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273379252

Das gemeinschaftliche Vorhaben der drei Gruppen zielt auf die Untersuchung der Ladungstransportmechanismen in molekularen Halbleitern und deren intrinsischen Begrenzungen. Von Seiten der Theorie wurde dargelegt, dass die starke thermische Bewegung der nur schwach gebundenen organischen Moleküle die vollständige Lokalisierung der Ladungsträger auf langer Zeitskala verhindert; mit anderen Worten: Fluktuationen im Unordnungspotenzial stören die Quanteninterferenz, welche Vorraussetzung der Anderson-Lokalisierung ist. Dies hat zur Folge, dass die optischen Eigenschaften und der Ladungstransport in organischen Materialien durch die dynamische Unordnung dominiert werden. Hierbei wurden detaillierte quantitative Vorhersagen über die physikalischen Eigenschaften der Ladungsträger gemacht, welche feldinjiziert oder über die Energielücke angeregt werden, z.B. über deren Beweglichkeit und das optische Verhalten bei niedrigen Frequenzen, d.h. im fernen Infraroten. Ziel des Projekts ist es, diese Mechanismen zu verifizieren und genauer zu verstehen.Die internationale Kooperation umfasst drei sich hervorragend ergänzende Gruppen, welche in ihrem Gebiet ausgewiesen sind und die gesamte Spanne an erforderlicher experimenteller sowie theoretischer Expertise abdecken: von der Materialaufreinigung und Einkristallzucht, der Probenher-stellung und -charakterisierung, der optischen Spektroskopie und Untersuchungen der Ladungsträgerdynamik bis zur Modellierung und theoretischen Beschreibung. Die hier vorgeschlagenen Experimente sollen an hochwertigen Molekülkristallen durchgeführt werden, die typischerweise Löcherleitung zeigen, wie Rubren, Pentacen, etc., oder Elektronenleitung (z.B. Dichloro-naphthalene-diimde). Die Ladungsträgerdotierung erfolgt entweder durch den elektrischen Feldeffekt oder durch Photoanregung. Wir wollen die optische Leitfähigkeit, die FET Beweglichkeit und die Rauschspektren als Funktion der kristallographischen Richtung, der Temperatur, der Frequenz, der Ladungsträgerdichte und induzierter, statischer Unordnung untersuchen. Die quantitative Analyse der experimentellen Resultate wird es erlauben, zu klären, wie wichtig die transiente Lokalisierung für die elektronischen Eigenschaften van-der-Waals gebundener, molekularer Halbleiter ist, und uns ermöglichen, die theoretischen Konzepte zu verbessern und die Dynamik der Ladungsträgerbewegung in dieser Materialklasse zu modellieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Simone Fratini