Molekularstrahlexperimente an Halbleiterclustern: Polarisierbarkeiten und chemische Bindung

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Abstract

Hier werden Experimente vorgestellt, mit denen Polarisierbarkeiten, permanente Dipolmomente und Absorptionsspektren von im Molekularstrahl isolierten Halbleiterclustern wie SiN, GaNAsM und GeNTeM gemessen werden. Sie zeigen, daß der Übergang von den typischen optoelektronischen Eigenschaften makroskopischer Halbleiterkristalle zu den molekularen Eigenschaften kleiner Halbleiterpolyedermoleküle über mehrere Stufen erfolgt. Bei den nanometergroßen Halbleiterkolloiden aus ca. 105–103 Atomen ist die Bindungsstruktur noch festkörperartig. Die über den Nanometerbereich ausgedehnten Bindungsorbitale der Halbleiterkristalle sind jedoch im Cluster stärker lokalisiert und dadurch bereits leicht verändert. Im Bereich von 103–10 Atomen vollzieht sich dann der kontinuierliche Übergang von der lokalisierten festkörperartigen zur molekülartigen Bindung. Interessanterweise findet man bei relativ kleinen Teilchen aus ca. 102 Atomen noch Größenquantisierungseffekte. Diese zeigen sich in ungewöhnlich kleinen statischen Polarisierbarkeiten von SiN-Clustern oder in den Absorptionsbanden von GaNAsM-Clustern, die gegenüber denen des Festkörpers stark blauverschoben sind. Bei noch kleineren Clustern verschwinden diese Effekte im Bereich von 102–10 Atomen, was sich in einer Rotverschiebung der Absorptionsbanden mit abnehmender Clustergröße bemerkbar macht.

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