Ein internationales Team hat neuartige ultradünne Halbleiterkonstruktionen gefertigt, die dabei helfen, zweidimensionale Halbeiter besser zu erforschen. In der im Juli 2025 publizierten Studie zeigten die Autoren um Hafiz Shakir und Abdulsalam Suleiman von der Bilkent-Universität in Ankara: Mittels einer geeigneteren Unterlage strahlen ihre untersuchten Halbleiterschichten bis zu 100-mal mehr Licht ab. Solche Halbleiter sind in der Materialwissenschaft essenziell, da ihre flexiblen elektrischen Eigenschaften vielfältige Anwendungen ermöglichen, etwa in Solarzellen, in LEDs oder bei der Produktion von Computerchips.

In der Studie befasste sich das Team mit zweidimensionalen so genannten TMDCs (transition metal dichalcogenides, deutsch: Übergangsmetalldichalcogenide). Das sind 2-D-Halbleiter, die also aus einer einzigen Schicht von Molekülen bestehen. Die Monoschichten gelten als Zukunftsmaterialien und werden als Bauteile von Quantencomputern gehandelt.

Um Halbleiter zu untersuchen, verwenden Forschung und Industrie die Photolumineszenz-Spektroskopie (PL-Spektroskopie). Hier werden die Proben mit Lasern zum Leuchten gebracht. Das erzeugte Licht gibt Aufschluss über elementare Eigenschaften eines Materials. Dieses Verfahren konnten die Forscher in ihrer Studie nun verbessern. Die PL-Spektroskopie hilft dabei, Stoffe auf Verunreinigungen zu untersuchen. Deswegen ist sie besonders für die Computerchipindustrie interessant, da reinere Halbleiter leistungsfähigere Chips ermöglichen.

Für zweidimensionale Materialien wie die TMDCs sind bei der PL-Spektroskopie Unterlagen nötig. Darauf werden die Monoschichten platziert. Bisher setzten Wissenschaftler die Monoschichten auf schlecht leitende Materialien, so genannte Dielektrika. Diese haben den entscheidenden Nachteil, dass sie elektronische Wechselwirkungen im 2-D-Halbleiter nicht verhindern. Das reduziert das ausgestrahlte Licht.

Jetzt verwendeten die Forscher erstmals ausschließlich metallische Unterlagen. Durch die Monoschicht-Metall-Konstruktionen leuchteten die TMDCs bis zu 100-fach stärker, und entsprechend detaillierter ließ sich ihre elementare Struktur analysieren. Dabei war die Wahl der richtigen Metalle entscheidend; nur bestimmte sind mit den untersuchten 2-D-Halbleitern kompatibel. Anderenfalls verringern die freien Elektronen im Metall über die Schnittstelle die Lichterzeugung in der Monoschicht.

Mit Hilfe von Experimenten und numerischen Simulationen fanden die Forscher Metalle, bei denen die Lücke zwischen TMDC und Metall groß genug war, so dass freie Elektronen nicht zwischen Halbleiter und Metall hin- und herwandern konnten. Dadurch erzielten die Forscher einen abschirmenden Effekt; die Wechselwirkungen im Halbleiter verringerten sich. Das verstärkte die Intensität des emittierten Lichts.

Mit ihrem neuen Ansatz verbessern die Forscher die Strukturanalyse von 2-D-Materialien mittels der PL-Spektroskopie. Die Autoren erhoffen sich damit ein genaueres Verständnis von zweidimensionalen Halbleitern und neue Anwendungen. Denn die TMDCs selbst bilden, neben ihrem Potenzial bei Quantentechnologien, auch eine ideale Plattform für die Grundlagenforschung in der Photophysik – das ist die Physik der Wechselwirkung von Licht und Materie. Außerdem können die Erkenntnisse zur Entwicklung von ultradünnen, leuchtenden Materialien beitragen.