MoWSe_Spin- und Pseudospin-Eigenschaften von energetisch kontrollierbaren dunklen und hellen Exzitonen in gezielt angepassten Mo1-xWxSe2 Legierungen

• Antragsteller: Dr. Jörg Debus
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 382264508

Zweidimensionale Übergangsmetalldichalkogenide, deren Schichtstruktur eine unüblich starke Bindung von Exzitonen sogar bei Raumtemperatur erlaubt, besitzen einmalige Spin- und Tal-Pseudospin-Eigenschaften, welche hochspannende, neue Physik für die Nanophotonik und spin-basierte Nanoelektronik hervorbringen werden. Um das volle Potential dieses neuen Materialsystems auszunutzen und gezieltes Anpassen ihrer funktionalen und strukturellen Merkmale zu realisieren, müssen offene Schlüsselfragen bezüglich der Exzitonen in Monoschichtstrukturen beantwortet werden.Hierzu fokussieren wir uns auf die Wechselwirkung zwischen optisch hellen und dunklen K-Tal-Exzitonen in mechanisch exfolierten Mo1-xWxSe2-Legierungen. Ihre Zusammensetzung soll uns erlauben, die Energien der A- und B-Exziton-Spinzustände in einem weiten Bereich durchzustimmen, und auch die dunklen und hellen Exzitonen zu mischen. Unter Verwendung der Mo1-xWxSe2-Strukturen mit ihren durchstimmbaren Leitungs- und Valenzbandzuständen erwarten wir, bisher verborgene und tiefgehende Einsichten in die Spin- und Tal-Pseudospin-Eigenschaften wie auch ihre Dynamiken zu erlangen, welche im Hinblick auf die anpassbaren Exziton- und Ladungsträger-Austauschwechselwirkungen und Spin-Bahn-Kopplung sowie die Wechselwirkung der Exzitonen mit ihrer Umgebung untersucht werden sollen. Letztere soll nicht nur Kernspins und Phononen umfassen, sondern auch Defekte, Substratmaterialien und Monoschichtgeometrien. Optisch detektierte magnetische Resonanztechniken, kombiniert mit resonanter und polarisierter Laseranregung sowie räumlicher Mikrometer-Auflösung, sollen zudem eine Magnetresonanztomographie der spin-basierten Exziton-Merkmale ermöglichen: Ein Schritt in Richtung spin-basierter Quanteninformationsbauelemente und Sensortechnologien. Außerdem werden wir uni- und biaxialen Druck an dem Substratmaterial zur Feinabstimmung der Spinzustandsenergien, zum Manipulieren der Spin-Bahn-Kopplung insbesondere der Löcher sowie zu Symmetrieänderungen anlegen. Eine komparative Untersuchung der K- und Gamma-Tal-Exzitonen soll ferner das Verständnis ihrer Spin- und Vielteilchen-Physik in den gezielt angepassten Mo1-xWxSe2-Strukturen mittels hochenergetischer Laseranregung verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Partnerorganisation: Narodowe Centrum Nauki (NCN)
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Manfred Bayer
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Leszek Bryja, Ph.D.; Dr. Joanna Jadczak