EXP:Fluoreszenz von NV-Zentren mit LEDs untersuchen

In diesem Versuch geht es darum, die Fluoreszenz von NV-Zentren im Diamanten sichtbar zu machen nud zu untersuchen, mit welchen Wellenlängen die NV-Zentren zum Leuchten angeregt werden können und mit welche nicht. Die daraus entstehenden Folgerungen lassen sich in einem ersten einfachen Termschema zusammenfassen.

Benötigtes Material

• NV-Zentren besetzter Diamant
• LEDs mit möglichst "reinen" Farben (z.B. IR, rot, gelb-grün, blau, UV)
• optional ein grüner Laserpointer
• Rotfilter

Bei den LEDs ist darauf zu achten, dass die Farbe möglichst wenig aus einer Farbmischung stammt. Anderenfalls wird der Diamant zu "Unrecht" angeregt, oder der Farfilter kann das eingestrahlte Licht nicht vernünftig herausfiltern, wodurch der Diamant scheinbar immer leuchtet.

Versuchsaufbau

Die LEDs können entweder Freihand oder in einer Stativvorrichtung nacheinander an den Diamanten gehalten werden.

Durchführung

Nacheinander wird der Diamant mit den verschiedenen LEDs beleuchtet. Durch den Rotfilter wird visuell beurteilt, ob eine rote Fluoreszenz am Diamanten erkennbar ist, oder nicht. Dabei ist zu beachten, dass das Licht der LED tatsächlich den Diamanten trifft. Die meisten LEDs strahlen überwiegend nach "vorne" ab. Die Funktion der IR-LED kann mit einer Handykamera untersucht werden.

LEDs aus verchiedenen Spektralbereichen mit einem LED-Tester angesteuert.

Auswertung

Die Auswertung des Versuchs erfolgt qualtitativ. Eine Tabelle, in der die Fluoreszenz bei verschiedenen LEDs eingetragen wird, reicht an dieser Stelle bereits. Dabei ist auch die Frage zu stellen, warum sich die rote LED nicht für den Veruch eignet. Die Antwort hierfür liegt im Messaufbau, da mit dem Rotfilter nicht unterschieden werden kann, ob der Diamant tatsächlich fluoresziert oder einfach nur die LED selbst beobachtet wird.

	IR	Rot	Gelb-Grün	Grüner Laser	Blau	UV
Floureszenz Diamant	nein	unbekannt	ja	ja	ja	ja

Im zweiten Schritt kann ein passendes Termschema gezeichnet werden. Die Frage die sich dabei stellt ist: Welche Energieniveaus müssen existieren, damit das was beobachtet wird, erklärbar ist? Dabei müssen Energieerhaltung, strahlungsfreie Übergänge und dazugehörige Niveaus diskutiert werden. Im Minimum müssen 3 Energieniveaus eingezeichnet werden, da die Wellenlängenänderung anderenfalls nicht erklärbar ist.