Topinformationen

Dotierungen

Nicht-metallische Festkörper können durch „n-Dotierung“ elektrisch leitfähig werden oder sogar metallische Eigenschaften erhalten. Dazu wird ihr Kristallgitter gezielt mit Fremdatomen dotiert, die bei Raumtemperatur im Kristallgitter freie Elektronen abgeben. Da nur die Fremdatome nicht aber die Wirtsgitteratome Elektronen abgeben, enthalten n-dotierte Festkörper deutlich weniger freie Elektronen pro Volumeneinheit als Gold, Silber oder Aluminium. Bei geringer Dotierungskonzentration ist die Anzahl freier Elektronen so gering, dass das n-dotierte Material farblos erscheint, sofern nicht schon der reine Festkörper eine Eigenfarbe hat. Ist die Konzentration der Dotierungsatome dagegen sehr hoch, zeigt der n-dotierte Festkörper eine bläuliche Farbe. Zu sehen sind hier kolloidale Lösungen von reinem (d.h. nicht dotierten) und von n-dotiertem Zinndioxid (SnO₂)-Nanopartikel (etwa 5 nm Durchmesser). Wie man sieht, sind die n-dotierten Nanopartikel blau gefärbt, während undotierte Zinndioxid-Nanopartikel farblos sind.

Dünne offenporige Schichten aus solchen n-dotierten Nanopartikeln zeigen ein neuartiges „elektrochromes“ Verhalten: Wird die Schicht auf eine Glasplatte aufgebracht und elektrisch kontaktiert, so kann man die Schicht durch Anlegen einer elektrischen Spannung von blau nach „farblos“ schalten.