Ringelreihen in der OLED: Wenn Elektronen Händchen halten
„Spin-Dicke Effekt“ erstmals sichtbar gemacht
OLEDs haben die Displaytechnik revolutioniert und finden sich heute in vielen Smartphones. Ein internationales Forscherteam der Universitäten in Regensburg, Salt Lake City und Queensland konnte nun zeigen, welches Potential OLEDs auch in der wissenschaftlichen Grundlagenforschung haben. Erstmals wurden zwei bislang nur theoretisch vorhergesagte Phänomene der Quantenphysik experimentell aufgezeigt: der „AC-Zeeman Effekt“ und der „Spin-Dicke Effekt“. Dabei werden die Elektronen in einer OLED unter Einstrahlung von Radiowellen quasi gleichgeschaltet, sodass sich ein neuartiger kollektiver Zustand ausbildet.
Der Spin-Dicke Effekt in einer OLED: Die Bestrahlung einer OLED im Magnetfeld führt bei einer bestimmten Magnetfeldstärke zu einer positiven Änderung des Stroms (rot): eine Resonanz entsteht. Bei erhöhter Strahlungsintensität spaltet sich die Resonanz in zwei Äste auf: der sogenannte AC-Zeeman Effekt. Bei einer kritischen Intensität verschwindet die Resonanz und das Vorzeichen der Stromänderung kehrt sich um (blau) – der „Spin-Dicke Effekt“ tritt ein, bei dem sich alle Elektronen gleich verhalten.
P. Klemm/D. Waters
Die Elementarladung einer OLED, das Elektron, verhält sich wie ein kleiner Stabmagnet. Diese magnetische Eigenschaft der Elektronen bezeichnet man als „Spin“. Wird eine OLED in einem Magnetfeld mit elektromagnetischen Radiowellen bestrahlt, führt dies bei einer bestimmten Magnetfeldstärke zu einer positiven Änderung des Stroms: eine Resonanz entsteht. Dies ist das Grundprinzip der Magnetresonanz, das beispielsweise dem Kernspintomographen zugrunde liegt. Wichtig ist dabei, dass die Resonanzbedingung von der Frequenz der Radiowelle gegeben wird, und nicht von der Intensität der Strahlung.
OLEDs eignen sich bestens, um solche Resonanzphänomene zu untersuchen. So konnten die Forscher nun erkunden, was passiert, wenn die Intensität der elektromagnetischen Strahlung derart erhöht wird, dass die Spins buchstäblich nicht mehr wissen, wo oben und unten ist. Zunächst spaltet sich die Resonanz in zwei Frequenzen auf: der sogenannte „AC-Zeeman Effekt“.
Bei einer kritischen Intensität allerdings fangen alle Spins an, sich gleichzeitig in dieselbe Richtung zu drehen, sie sind quasi geordnet: Die Elektronen tanzen Ringelreihen, was sich im Strom der OLED auswirkt und die Resonanz dramatisch verändert. Vergleichen lässt sich dieses Geschehen mit den vielen Instrumenten eines Symphonieorchesters: Eben noch hat jeder Musiker sein Instrument gestimmt, man hört nur ein wirres Durcheinander. Doch mit Einsatz des Taktstocks – in diesem Fall in Form der Radiowellen – erklingt schlagartig ein harmonisches Ensemble. Dieser „Spin-Dicke Effekt“ wurde schon lange vorausgesagt und konnte nun erstmals in der OLED sichtbar gemacht werden.
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