Ladungsträgerdynamik in Graphene in der Nähe des Dirac-Punktes sowie unter Landau- Quantisierung

• Antragsteller: Professor Dr. Ermin Malic; Dr. Stephan Winnerl
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 172570033

Für die Entwicklung neuer, auf Graphen beruhender, optoelektronischer Bauelemente ist ein grundlegendes Verständnis der ultraschnellen Ladungsträger-Relaxationskanäle entscheidend. Das Hauptziel unseres Antrags ist es, die ultraschnelle Elektron-Elektron- und Elektron-Phonon-Dynamik in der Nähe des Dirac-Punktes sowie die elementaren Streuprozesse unter Landau-Quantisierung zu erforschen. Hierfür werden wir die erfolgreiche Experiment-Theorie-Zusammenarbeit aus der bisherigen Förderperiode fortsetzen. Der Terahertz-Bereich um den Dirac-Punkt ist sowohl für grundlegende als auch für angewandte Forschung von großem Interesse. Dieser Spektralbereich ist bisher vergleichsweise wenig erforscht, weil er experimentell und theoretisch relativ schwer zugänglich ist. Basierend auf dem Dichtematrix-Formalismus werden wir den Einfluss von (I) Phonon- und Coulomb-assistierter Intraband-Absorption, (II) Substrat-induzierter Dotierung, (III) durch Störstellen initiierter Elektron-Phonon-Streuung sowie von (IV) quantenkinetischen Erinnerungseffekten auf die Ladungsträgerdynamik untersuchen. Experimentell werden wir Graphen-Proben mit systematisch variierter struktureller Qualität und Ladungsträgerkonzentration mittels zeitaufgelöster Spektroskopie im Terahertzbereich analysieren. Sowohl die theoretischen als auch die experimentellen Untersuchungen werden sich auch mit der Kurzzeitdynamik in Landau-quantisiertem Graphen befassen, die bisher nahezu völlig unerforscht ist. Auf der Grundlage der neuen Erkenntnisse wollen wir auch die faszinierende Möglichkeit von durchstimmbarer Verstärkung in Landau-quantisiertem Graphen erforschen und darüber hinaus einen ultrabreitbandigen schnellen auf Graphen beruhenden Detektor entwickeln.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1459: Graphene
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Manfred Helm; Professor Dr. Andreas Knorr