Materialien, die aus einer nur wenige Atomlagen dicken Schicht bestehen, versprechen zukunftsträchtige Anwendungen etwa für die Elektronik und die Quantentechnologien. Einem internationalen Team unter Leitung der TU Dresden ist mit einem Experiment am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) nun ein bemerkenswerter Fortschritt gelungen. Die Fachleute konnten in einem ultradünnen zweidimensionalen Material einen überaus schnellen Schaltprozess zwischen elektrisch neutralen und geladenen leuchtenden Teilchen hervorrufen. Das Ergebnis eröffnet neue Perspektiven für die Forschung, könnte aber auch die Grundlage für schnelle optische Datenverarbeitung und praxistaugliche Spezialdetektoren schaffen.
Für das Experiment wählten die Fachleute den Freie-Elektronen-Laser FELBE, der sehr intensive Terahertz-Pulse liefert. Mit diesem beleuchteten sie zunächst eine einatomige, stark gekühlte Schicht aus Molybdän-Diselenid. Dieses Licht erzeugte Exzitonen. Kaum entstanden, fingen sich die Exziton-Paare jeweils eines der Elektronen im 2D-Material ein und wurden dadurch zu Trionen, die aber unter Abgabe eines Elektrons schnell wieder zu Exzitonen zerfallen. Die Trennung selbst verlief innerhalb einiger Picosekunden, nahezu tausendmal schneller, als es bislang mit rein elektronischen Methoden möglich war. Für die Forschung bietet das neue Verfahren interessante Perspektiven, ungewöhnliche Quantenzustände der Materie, die als Zusammenspiel vieler Teilchen entstehen, würden damit ebenso in Reichweite rücken wie Anwendungen bei Raumtemperatur. Perspektiven ergeben sich auch für die optische Datenverarbeitung und Sensorik.
