Neuartige 2D-Materialien: Funktionalisierte Stanene und Bismuthene Honeycomb-Gitter

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Jörg Schäfer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314936163

Dieses Projekt befasst sich mit der Realisierung und der Beeinflussbarkeit von topologischen Phasen in Honeycomb-Gittern, d.h. von Graphen-Analoga die aus schweren Atomen aufgebaut sind. Wir konzentrieren uns auf Honeycombs aus Sn- und Bi-Atomen (Stanene, Bismuthene). Diese werden theoretisch beschrieben als Quanten-Spin-Hall (QSH) Systeme mit großer Bandlücke, geeignet für Raumtemperatur-Anwendungen. Bezüglich der praktischen Umsetzung haben wir SiC(0001) als ein geeignetes Substrat identifiziert. Unsere epitaktischen Experimente haben bereits zur erfolgreichen Herstellung von Sn- und Bi-Honeycomb-Schichten geführt, die wir mit Rastertunnelmikroskopie (STM) nachgewiesen haben. Das Projekt will die Effekte von Funktionalisierung auf die elektronischen und topologischen Eigenschaften erforschen. Dies beinhaltet Pufferschichten unterhalb der Wabenschicht sowie Funktionalisierung der Oberfläche mit beispielsweise Metall- oder Halogenatomen. Interessanterweise wird für Dekoration mit Wasserstoffatomen oder magnetischen Verunreinigungen erwartet, dass der Quanten-Anomale-Hall (QAH) Effekt generiert wird. Die topologischen Eigenschaften werden mittels Rastertunnelspektroskopie (STS) der 1D Randkanäle untersucht. Die Bandstruktur wird durch winkelaufgelöste Photoemission (ARPES) abgetastet. Unsere Epitaxie-Technologie bietet damit Zugang zu einer neuen Klasse von QSH-Materialien, die dem SPP 1666 Schwerpunktprogramm zum Austausch zur Verfügung stehen. Das Vorhaben wird aus der engen Zusammenarbeit mit vielen anderen Projekten profitieren. Dies reicht von Dichtefunktionaltheorie über Synchrotron-basierte Methoden zu optischen Spektroskopie-Techniken und bis hin zur Untersuchung der Transporteigenschaften.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1666: Topologische Isolatoren: Materialien - grundlegende Eigenschaften - Strukturen für Bauelemente
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Ralph Claessen