Neutrinovoltaik: Welche Rolle spielt dotiertes Silizium?

Dotiertes Silizium spielt eine entscheidende Rolle

Es wird in Kombination mit Graphenschichten verwendet, um die durch Neutrinos und andere für uns unsichtbare Strahlungsformen induzierten Schwingungen in elektrischen Strom umzuwandeln. Gemeinsam mit der Schrägen Streuung (“Oblique Scattering”) – welche durch die Dotierung entsteht – sind dies die Schlüsselmechanismen hinter der Technologie der Neutrinovoltaik.

Quelle: sofatutor.net

Verwendung von dotiertem Silizium

• Das Neutrinovoltaik-Material besteht aus mehreren hauchdünnen Schichten von Graphen und dotiertem Silizium auf einem metallischen Substrat.
• Die Siliziumschichten werden durch Dotierung mit Fremdatomen wie Bor oder Phosphor leitfähig gemacht. Dabei entstehen p- und n-dotierte Siliziumschichten.
• Die Dotierung des Siliziums “bewirkt”, dass die Graphenelektronen in eine Richtung fließen und so ein nutzbarer elektrischer Strom erzeugt wird. Ohne die Dotierung würde kein gerichteter Stromfluss entstehen.
• Wenn Neutrinos und andere Strahlungsformen auf dieses Material treffen, induzieren sie Schwingungen der Graphenatome. Diese Schwingungen gelangen durch die thermische Brownsche Bewegung in Resonanz.
• Die Resonanzschwingungen der Graphenatome verstärken die Rückkehr von Elektronen in Kontakt mit dem dotierten Silizium, wodurch ein gerichteter Elektronenfluss, also Strom, entsteht.

Schichtaufbau

Die optimale Schichtdicke für die Siliziumpartikel liegt bei 5-500 nm, idealerweise 5 nm. Die Graphenpartikel sollten 20-500 nm, idealerweise 20 nm dick sein. Insgesamt besteht das Material aus 10-20 alternierenden Schichten von Graphen und dotiertem Silizium

Zusammengefasst dient dotiertes Silizium dazu, die u.a. durch Neutrinos induzierten Schwingungen in den Graphenschichten in einen gerichteten elektrischen Strom umzuwandeln und diesen abzugreifen. Natürlich werden dabei keine Neutrinos “eingefangen”, wie falscherweise oft im Netz zu lesen ist.

Schräge Streuung

Auch die Schräge Streuung (eng: “Oblique Scattering”) ist einer der Schlüsselmechanismen hinter der Neutrinovoltaik. Mehr Details dazu im folgenden Block:

Oblique Scattering von Neutrinos (“Schräge Streuung”) und Graphen

Das Oblique Scattering (die schräge Streuung) von Neutrinos und anderen für uns unsichtbaren Strahlungsteilchen an den Lagen von  Graphenatomen, spielt ebenfalls eine entscheidende Rolle in der Neutrinovoltaik-Technologie:

1. Wenn Neutrinos und andere Strahlungsteilchen auf die Schichten aus Graphen und dotiertem Silizium treffen, induzieren sie Schwingungen (Phononen) der Graphenatome.
2. Diese Schwingungen werden durch die thermische Brownsche Bewegung der Graphenatome verstärkt und gelangen in Resonanz.
3. Die Resonanzschwingungen der Graphenatome verstärken die Rückstoßbewegung (Recoil) von Elektronen beim Kontakt mit dem dotierten Silizium.
4. Dabei kommt es zum sogenannten “Oblique Scattering” – die Wolken von Elektronen werden in eine bestimmte Richtung abgelenkt und erzeugen so einen gerichteten Elektronenfluss, also elektrischen Strom.
5. Die Dotierung des Siliziums “zwingt” die Graphenelektronen, in eine Richtung zu fließen, anstatt sich symmetrisch zu verteilen. Ohne Dotierung gäbe es keinen gerichteten Stromfluss.

Die Schräge Streuung der Neutrinos und Strahlungsteilchen an den Graphenlagen bewirkt also, dass die induzierten Schwingungen der Graphenatome in Kombination mit der Dotierung von Silizium in gerichteten elektrischen Strom umgewandelt werden können. Dieser Effekt ist einer der Schlüsselmechanismen der Neutrinovoltaik.

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