Maßschneidern der elektronischen Bandstruktur von dünnen Schichten durch das Aufbringen von Dehnungen und dem Wachstum künstlicher Heterostrukturen

• Antragsteller: Dr. David Flötotto
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 324999712

Die elektronische Bandstruktur eines Materials bestimmt dessen elektronische, optische, magnetische und katalytische Eigenschaften. Somit ist eine maßgeschneiderte präzise Einstellung der Bandstruktur von fundamentaler Bedeutung für viele Anwendungsbereiche und erfordert ein umfassendes Verständnis des Zusammenhangs zwischen der Bandstruktur und dem atomaren Aufbaus des Materials. Zwei mögliche Wege die Bandstruktur von dünnen Schichten maßzuschneidern, sind das Wachstum von Heterostrukturen sowie das Aufbringung mechanischen Dehnungen. Besonders letztere Möglichkeit birgt ein enormes Potenzial, da sie innerhalb des elastischen Verhaltens eines Materials eine reversible, unmittelbare (in-situ) gezielte Einstellung der Bandstruktur erlaubt. Wir möchten mittels winkelabhängiger Photoelektronenspektroskopie-Messungen während einachsiger Zugversuche an ultradünnen Schichten, den Effekt von aufgebrachten Dehnungen auf die elektronische Bandstruktur von topologischen Isolatoren, topologischen kristallinen Isolatoren und von Übergangsmetall-Dichalcogeniden untersuchen. In Kombination mit einer detaillierten Charakterisierung der Mikrostruktur und des Spannungszustandes der Schichten, wird dieses eine systematische Quantifizierung des Einflusses der Dehnung und einer damit einhergehenden Änderung der Kristallsymmetrie auf die Bandstruktur ermöglichen. Somit hoffen wir mit diesen Experimenten den Weg für eine dehnungs-basierte, maßgeschneiderte und unmittelbare (in-situ) Einstellung der Bandstruktur von ultradünnen Schichten zu ebnen. Des Weiteren planen wir den Nahwirkungs-Effekt eines Superleiters auf die topologischen Oberflächenzustände und auf die bulk Bandstruktur eines topologischen Isolators zu untersuchen. Hierzu werden wir mittels winkelabhängiger Photoelektronenspektroskopie die, durch die Nähe zum Superleiter, in die Oberflächenzustände induzierte Superleitung als Funktion der Schichtdicke und der Temperatur messen, um so die Mechanismen und Einflussfaktoren auf die nahwirkungs-induzierte Superleitung besser verstehen zu können.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Tai-Chang Chiang