Um Photolumineszenz – sozusagen die «Leuchtkraft» – im Material zu «finden», haben die Empa-Forschenden einen Kristall aus Barium-Zirkonium-Sulfid, einem Chalkogenid-Perovskit, untersucht, der am Helmoltz-Zentrum hergestellt wurde. Dafür setzten sie fortschrittliche Spektroskopie-Methoden ein – eine Spezialität der Forschungsgruppe von Mirjana Dimitrievska. «Damit konnten wir nachweisen, dass das Material eine relativ starke Photolumineszenz hat. Wenn man es als Dünnschicht herstellt, wird diese Photolumineszenz aber sehr stark durch Defekte gedämpft, die bei der Synthese und der Verarbeitung entstehen», erklärt die Forscherin. «Unsere Ergebnisse am Einkristall stimmen hingegen sehr gut mit der Theorie überein.»
Die Diskrepanz zwischen Theorie und Praxis ist ein Grundelement der Materialwissenschaft. «Materialentwicklung beginnt in der Regel mit der Theorie», sagt Dimitrievska. «Materialinformatiker postulieren anhand von theoretischen Modellen und Berechnungen, welche Materialien für eine bestimmte Anwendung in Frage kämen. Danach werden sie synthetisiert und zu ersten Prototyp-Komponenten verarbeitet, etwa Bauteile für Solarzellen und Fotodetektoren, um zu schauen, ob sie die Erwartungen erfüllen.»
Immer dann, wenn die Praxis von der Theorie abweicht, beantwortet Spektroskopie-Expertin Dimitrievska die Frage nach dem Warum. «Wir können herausfinden, ob zum Beispiel die Synthese nicht optimal war und das Material zu viele Defekte aufweist, oder ob die elektrischen Anschlüsse bei der Prototyp-Komponente das Problem sind», führt sie aus. Anhand dieser Erkenntnisse werden sowohl die Synthese als auch die Verarbeitung des Materials weiterentwickelt – bis es für die Anwendung bereit ist. Bis Chalkogenid-Perovskite zum Einsatz in der Praxis kommen, braucht es noch einiges an Entwicklungsarbeit. Aber: «Unsere Studie hat gezeigt, dass diese Materialien grosses Potenzial haben, und dass sich ihre weitere Erforschung lohnt», resümiert Dimitrievska.
