Die Rückseite von Graphen: Funktionalisierung durch Interkalation

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Werner Michely
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 242781776

Im atomar dünnen Material Graphen sind die Atome stets gleichzeitig Vorderseiten- und Rückseitenoberflächenatome. Daher hängen die Eigenschaften von Graphen kritisch von seiner Umgebung ab. Nur wenn Graphen auf seinen beiden Seiten von Vakuum begrenzt wird, nähern sich seine Eigenschaften den Vorhersagen für das reine, freischwebende Material an. Anderseits ist die Leichtigkeit, mit der Graphen durch Kontakt mit anderen Materialien in seinen Eigenschaften beeinflusst werden kann, eines seiner charakteristischen Merkmale und definiert einen integralen Bestandteil seines Anwendungspotentials. In diesem Projekt werden wir die Interkalation, die Einlagerung von atomaren Lagen zwischen der Rückseite von Graphen und seiner Unterlage, als Werkzeug benutzen, um die Eigenschaften von Graphen und die Wechselwirkung seiner Vorderseite mit der Umwelt zu verändern. Die Untersuchungen beruhen auf einem in situ oberflächenphysikalischen Ansatz für das Wachstum, die Modifizierung und die Analyse von strukturell perfektem Graphen. Durch solche wohldefinierten Experimente wird eine unzweideutige theoretische Modellierung der Resultate möglich. Interkalation ist ein flexibles Mittel um das chemische Potenzial der Dirac-Elektronen drastisch zu verändern. Diese Veränderungen sind um eine Größenordnung stärker, als die durch Steuerelektroden verursachten. Als spezifisches Werkzeug unserer Forschung dienen Interkalationsmuster, die eine lokal starke Variation der Dotierung verursachen. Wir werden erkunden, wie extreme p- oder n-Dotierung Veränderungen in der Natur der chemischen Wechselwirkung von Graphen mit ionischen Adsorbaten, organischen Molekülen und Radikalen verursachen. Wir erwarten neue, noch unbeobachtete Phänomene, wie etwa dotierungsabhängiges Schalten von Molekülen, dotierungsabhängige Anordnung von Adatomen oder das Schreiben von chemischen Mustern, die durch Interkalationsmuster vordefiniert werden.Graphen ist erwiesenermaßen ein exzellenter Spinleiter. Das Anwendungspotenzial der Spinelektronik würde sich sehr erhöhen, wenn es möglich wäre Spinpolarisation in Graphen hervorzurufen. Diese Perspektive hat bereits beträchtliche Anstrengungen bewirkt, um durch Kontakt mit ferromagnetischen 3d-Materialien einen spinaufgespaltenen Dirac-Kegel in Graphen zu erzeugen. Allerdings scheint die starke Hybridisierung der d-Elektronen mit dem pi-Elektronensystem von Graphen die Anwendbarkeit dieses Konzeptes zu begrenzen. Wir werden daher erkunden, ob es durch Interkalation von bislang in dieser Hinsicht nicht untersuchten Seltenerdmetallen(auch in Kombination mit ferromagnetischen Lagen) möglich ist, einen spinaufgespaltenen und intakten Dirac-Kegel in Graphen zu erzeugen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1459: Graphene
• Beteiligte Person: Professor Dr. Carsten Busse