Dieser Kristall soll kleiner werden Bild des Monats aus dem Exzellenzcluster QuantumFrontiers

Noch ist das Objekt auf unserem Bild des Monats gut zu sehen. Doch die Wissenschaftler*innen der Technischen Universität Braunschweig tasten sich vorwärts. Als Teil des Exzellenzclusters QuantumFrontiers haben sie die Vision, aus den orangeleuchtenden Kristallen einzelne Moleküle zu isolieren und gezielt zu verarbeiten. Aufgebracht auf Halbleiteroberflächen bekommen diese Moleküle eine unfassbar winzige und doch entscheidende Aufgabe: Einzelne Lichtteilchen, Photonen, auszusenden.

Ein Arbeitsschritt auf dem Weg zu Einzelphotonenemittern: Kristalle aus Zink-phtalocyanin. Bildnachweis: Gunilla Harm/TU Braunschweig

Diese Moleküle stellen als Einzelphotonenemitter die kleinstmöglichste Form einer Lichtquelle dar und versenden die kleinstmöglichste Form optischer Signale: Immer nur ein Photon nach dem andern. Die Emitter stehen als Quantentechnologie hoch im Kurs: Quantencomputer, Datenübertragung und die Verschlüsselung von Systemen können mit ihrer Hilfe große Sprünge machen. Aber ihre molekulare Größenordnung macht Einzelphotonenemitter zu einer herausfordernden Forschungsaufgabe. Denn der perfekte Emitter – stabil, hell und zuverlässig – ist noch nicht gefunden.

Im Rahmen des Exzellenzclusters QuantumFrontiers arbeiten Wissenschaftler*innen im Forschungszentrum LENA an verschiedenen Ansätzen, die begehrten Lichtquellen zu realisieren. Eine davon sieht man auf unserem Bild des Monats. Die Aufnahme des orangenen Kristalls aus Zink-phtalocyanin (ZnPc) zeigt einen der Arbeitsschritte aus dem Institut für Halbleitertechnik. Zusammen mit dem Institut für Angewandte Physik und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) wollen die Forschenden einzelne Moleküle auf Halbleiteroberflächen integrieren, ohne unerwünschte Reaktionen zu verursachen. Dafür wird das ZnPc zunächst in Lösungsmittel aufgelöst, um die gelösten Moleküle auf den Halbleiter aufzubringen. Nachdem das Lösungsmittel wieder verdampft ist, untersuchen die Wissenschaftler*innen das Leuchtverhalten der kleinen Kristalle, um den molekularen Quantenemitter besser verstehen zu können. Genau das erkennen sie auf unserem Bild des Monats. Erst wenn Kristall und Substrat gut mit einander harmonieren, können die Forschenden beginnen, immer kleinere Kristalle herzustellen. Bis diese, Stück für Stück, nur noch aus einem einzelnen Molekül bestehen.