Niederenergetische Ionenbestrahlung von 2D-Materialien

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Werner Michely
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282318026

Ziel dieses Fortsetzungsantrages ist es neuartige ionenstrahlinduzierte Phänomene in geträgerten Monolagen von 2D-Materialien zu entdecken und erforschen. Einerseits werden wir die Forschung der ersten Antragsphase vervollständigen, in dem wir sie aus neuen Perspektiven untersuchen, die sich zwischenzeitlich entwickelt haben. Wir werden vorhandene Experimentreihen ergänzen und Ergebnisse publizieren um Forschung anderer Arbeitsgruppen zu stimulieren. Andererseits werden wir bedeutsame Entdeckungen und Erkenntnisse der ersten Förderperiode ausnutzen, um darauf aufbauend weiteres wissenschaftliches Neuland zu erschließen. I. Nanolochgitter: Motiviert durch das steigende Interesse an der Anwendung von 2D-Materialien für Membranen, werden wir unser einzigartiges moiré-basiertes Ionenstrahlverfahren zur Realisierung von Nanolochgittern in Graphen und hexagonalem Bornitrid auf Ir(111) und Pt(111) weiterentwickeln. Auf der fundamentalen Seite werden wir zusätzliche Experimente, Berechnungen und Modellierungen durchführen um die entdeckten magischen Clustergrößen und den Mechanismus zu verstehen, der schließlich zu einer bimodalen Inselgrößenverteilung führt. Auf der praktischen Seite werden wir die Nanolochgitter im Hinblick auf Regelmäßigkeit, einheitliche und einstellbare Lochgröße, sowie die Abwesenheit von großen Leerstelleninseln optimieren. Letztere würden die Anwendung als Filtermembran ausschließen. Weiterhin werden wir den Transfer dieser Nanolochgitter bewerkstelligen um sie mittels Transmissionselektronenmikroskopie untersuchen. II. Phasenübergänge in Übergangsmetalldisufiden: Mit der Verfügbarkeit von Übergangs-metalldisulfiden als quasi-freistehende Monolagen auf Graphen auf Ir(111) wird es möglich zu untersuchen, wie durch Ionenstrahlen Phasenübergänge in solchen Lagen induziert werden können. Als Musterbeispiel werden wir den reversiblen ionenstrahlinduzierten kristallin-amorph Übergang von MoS2 mittels Rastertunnelspektroskopie und –mikroskopie, sowie durch Photolumineszenz und Ramanspektroskopie untersuchen. Wir werden weiterhin erforschen, ob und wie andere strukturelle Phasenübergänge in solchen Lagen durch Ionenstrahlen induziert werden. III. Chemie unter hohem Druck und Isotopentrennung: Unsere Entdeckung, dass implantiertes Gas in Blasen unter Graphen oder Monolagen von hexagonalem Bornitrid unter GPa-Drücken eingefangen wird, selbst wenn diese Lagen stark beschädigt sind, werden wir in weiterer Forschung ausnutzen. Dieses Ergebnis impliziert ein Potential für Hochdruckreaktionen, wenn es gelingt Blasen mit reaktiven Gasen zu füllen. Da die temperaturabhängige Gasrückhaltung von der Gassorte abhängt, werden wir weiterhin untersuchen ob dieser Effekt auch für die Isotopentrennung benutzt werden kann, beispielsweise für die Trennung von Wasserstoff und Deuterium.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen