Atomistische Theorie von Störstellen- und Substrateffekten in Graphen

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Lichtenstein; Professor Dr. Tim Wehling
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 173546874

Graphen ist ein zwei-dimensionales Dirac-Material und bietet einzigartige Möglichkeiten zur Beeinflussung von dessen elektronischen Eigenschaften durch das Aufbringen von Adsorbaten oder das Interfacing mit anderen Materialien. Es ist daher unser Ziel eine ab-initio Theorie aufzubauen, die den Einfluss von Substraten und Absorbaten auf Graphen vorhersagen kann und mit Experimenten und Niederenergiemodellen verbunden werden kann. Wir werden untersuchen, wie chemische Bindungen zu Adsorbaten durch Ladungsdotierung kontrolliert werden können und wie Phasen mit geordneten Adsorbaten auf Graphen, welche eine Bandlücke am Dirac-Punkt hervorrufen, in realistischen Umgebungen auftauchen können. Wir werden Transport und spektrale Eigenschaften realistischer Graphen-Proben mit Unordnung berechnen und die Entwicklung der optischen Eigenschaften des Graphens bei Reaktion mit Wasserstoff bzw. Fluor untersuchen. Für das Verhalten auf Graphen adsorbierter Übergangsmetall- und seltener Erdatome sind lokale Coulomb-Wechselwirkungen entscheidend. Daher planen wie die chemische Wechselwirkung von Graphen und Adatomen in Gegenwart von Substraten und unter Berücksichtigung elektronischer Korrelationen zu verstehen. Wir werden vorhersagen, welche Adatom / Substratkombination am besten geeignet sind, um einen Kondo-Effekt sowie Magnetismus im Graphen zu realisieren. Schon in reinem mono-, bi- und trilagigem Graphen ist die Coulomb Wechselwirkung wegen der Koexistenz starker lokaler und nicht-lokaler Terme besonders interessant und kann zu Vielteilcheninstabilitäten führen. Daher werden wir untersuchen, wie die Coulomb Wechselwirkung im Graphen und zugehörige Vielteilcheninstabilitäten durch Substrate und Dotierung beeinflusst werden können. Schließlich können durch das Zusammenbringen von Graphen mit schichtartigen Isolatoren die elektronischen Eigenschaften des Graphens durch moiré Effekte manipuliert werden und vertikale Graphen Transistoren können realisiert werden. Daher planen wir eine ab-initio basierte Theorie von Übergittereffekten, in der Ebene verlaufendem sowie vertikalem Elektronentransport in Graphen-Hybridstrukturen zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1459: Graphene