Unsere Augen sind für die Hälfte des Sonnenlichts blind, denn wir sehen nur einen kleinen Ausschnitt des Strahlungsspektrums – das sichtbare Licht mit 400 bis 700 Nanometer Wellenlänge. Auf die langwelligere Infrarotstrahlung reagieren die menschlichen Sehpigmente dagegen nicht – die Photonen dieser Strahlung sind nicht energiereich genug. Um dies auszugleichen, behelfen wir uns zwar mit Nachtsichtgeräten. Diese zeigen uns die Infrarotwelt aber nur einfarbig und oft unscharf. Gleiches gilt für neu entwickelte Infrarotsicht-Kontaktlinsen.
Halbleiterstapel als Strahlungswandler
Doch in Zukunft könnten wir ganz neue – farbige – Einblicke in die Infrarotwelt erhalten. Denn Forschende des Beijing Institute of Technology um Chengchang Fu haben erstmals eine Technik entwickelt, die Infrarotstrahlung in farbige Seheindrücke umwandeln kann. „Dies erschließt uns ein riesiges Reservoir von zuvor unzugänglicher Information und ermöglicht Funktionen, für die unsere natürliche Sicht nicht ausreicht“, erklärt das Team.
Möglich wird dies durch einen neuartigen Konverter, der infrarote Strahlung über photoelektrische Prozesse in verschiedene Wellenlängen des sichtbaren Lichts umwandelt. Basis dafür ist eine raffinierte Kombination verschiedener ultradünner Hableiterschichten. Die erste Schicht bilden Quantenpunkte aus dem Halbleitermaterial Quecksilbertellurid – winzige in eine Matrix eingebettete photoelektrische Reaktionszentren. Trifft Infrarotlicht auf diese Halbleiter-Quantenpunkte, werden sie angeregt und dies verändert die Ladungsverteilung im Material.
„Verschiedene Infrarotwellenlängen erzeugen dabei unterschiedliche Energieübergänge und damit auch unterschiedliche Mengen an Exzitonen“, erklären Fu und seine Kollegen. Exzitonen sind durch Anregung gebildete Quasiteilchen aus Elektronen und positiv geladenen „Löchern“ im Material. Im Infrarot-Konverter erzeugt kurzwelligeres Infrarotlicht mehr dieser Exzitonen als langwelligeres, wodurch spezifische Ladungspeaks entstehen. Die positiv geladenen Löcher dieser Peaks werden dann weitergeleitet.
