Dotierte aromatische Dünnfilme mit supraleitenden Eigenschaften

• Antragsteller: Dr. Roman Forker
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 266990799

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAHs) entpuppten sich kürzlich als neue Klasse supraleitender Materialien durch Dotierung mit Metallatomen auf Zwischengitterplätzen; wobei kritische Temperaturen jenseits von 30 K bereits erreicht wurden. Schlüsselrollen bei der Supraleitung in organischen Verbindungen kommen dem angemessenen Verhältnis von Dotieratomen je organisches Molekül sowie dem Wechselspiel zwischen Dotierung und der ausgebildeten Kristallstruktur zu. Das Ziel des vorliegenden Forschungsprojekts ist ein tieferes Verständnis zum Einfluss der Alkali- bzw. Erdalkalimetalldotierung auf die physikalischen Eigenschaften (strukturelle, optische und elektronische Eigenschaften) einiger PAHs - mit entweder potentieller oder bereits nachgewiesener Supraleitung - in Dünnfilmen, im Unterschied zu Pulverproben, die in früheren Studien bevorzugt untersucht wurden. Durch Einbezug eines Schichtdickenbereichs von (epitaktischen) Monolagen bis zu einige Nanometer dicken Filmen und Anwendung ausgewählter spektroskopischer Methoden, nämlich optischer differentieller Reflexionsspektroskopie (DRS) und Rastertunnelspektroskopie (STS) von Raumtemperatur bis hinunter zu 1 K wollen wir umfangreiche und komplementäre Daten sammeln, welche den Einfluss der Dotierung auf die elektronischen und optischen Eigenschaften charakterisieren. Diese Messungen werden durch gründliche strukturelle Charakterisierung (MCP-LEED, ST[H]M, AFM) begleitet, um Kenntnisse zum Einfluss der Dotierung auf die Kristallstruktur zu erlangen und die Andockplätze der Dotieratome an den Molekülen der Mono- und Multilagen zu bestimmen. Insbesondere soll Wasserstoff-Rastertunnelmikroskopie (STHM) zum Einsatz kommen, mit der wir bereits erfolgreich die Lage von einzelnen Kaliumdotanden in molekularen Schichten hochpräzise auflösen konnten. Das ultimative Ziel ist, allgemeine Regeln zur Identifizierung geeigneter PAHs für organische Supraleitung zu finden. Hierbei ist unsere Arbeitshypothese, dass das Vorhandensein entarteter Molekülniveaus eine entscheidende Rolle spielen könnte. Um dies näher zu untersuchen, werden wir verschiedene PAHs in unsere Studie einbeziehen, von denen einige entartete Frontorbitale besitzen und andere nicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Torsten Fritz