Excitonische

Excitonische Zustände und Prozesse beziehen sich auf Phänomene, die durch Excitonen bestimmt werden. Ein Exciton ist ein gebundener Zustand aus einem Elektron und einem Loch, der durch die Coulomb-Anziehung in einem Kristall zusammengehalten wird. Excitonen spielen eine zentrale Rolle bei der Lichtabsorption, -emission und dem Energietransport in Halbleitern, organischen Materialien und zweidimensionalen Systemen.

Es gibt verschiedene Arten von Excitonen. Frenkel-Excitonen sind stark lokalisiert und treten typischerweise in organischen Halbleitern und Kristallen mit kleinem Moleküldurchmesser auf; ihre Bindungsenergien liegen oft im Bereich von mehreren zehntel bis wenigen Elektronenvolt. Wannier-Mott-Excitonen sind größer und delokalisiert über mehrere Kristallgitterabstände, häufig in traditionellen anorganischen Halbleitern; ihre Bindungsenergien liegen im Bereich von wenigen bis mehreren zehn Millielectronvolt. In 2D-Materialien wie Monolagen von Übergangsmetallchalogeniden sind excitonische Bindungen deutlich stärker, wodurch excitons stabiler bei Raumtemperatur auftreten können. Zusätzlich bilden sich komplexe Exzitonarten wie Biexcitons oder Trions unter bestimmten Anregungs- oder Dotierbedingungen.

Zu den wichtigsten Eigenschaften gehören Lebensdauer, Beweglichkeit und Reaktionspfade. Exzitonen können radiativ recombinieren, was Photolumineszenz oder elektrolumineszenz hervorruft, oder nichtradiativ zerfallen. Ihre Mobilität ermöglicht energietransport trotz geringen Ladungsträgerdichte, was für optoelektronische Anwendungen relevant ist. Die Untersuchung excitonischer Zustände erfolgt durch Spektroskopie, Absorption, Photolumineszenz und zeitaufgelöste Messungen, oft ergänzt durch Experimente in 2D-Systemen, organischen Halbleitern oder Perowskit-Verbindungen.

Excitonische Eigenschaften beeinflussen die Funktionsweise vieler Geräte, darunter Solarzellen, Leuchtdioden, Lasersysteme und lichtgetriebene Sensoren. Ein besseres Verständnis excitonischer Prozesse erleichtert die Optimierung von Effizienz, Emissionsfarbe und Betriebstemperaturen in modernen Halbleiterbauelementen.