Funktionalisierung von Cu2O Dünnschichten: Übergang von dotierten binären zu ternären Oxiden auf Kupferbasis

• Antragsteller: Professor Dr. Niklas Nilius
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 385079232

Das Projekt stellt einen Folgeantrag zum vorherigen DFG Projekt zum Thema Herstellung und oberflächenphysikalische Charakterisierung von Kupferoxid-Dünnschichten dar. Im auslaufenden Projekt konnte eine Vielzahl elementarer struktureller und elektronischer Aspekte von Cu2O, einem Material von großer wissenschaftlicher und technologischer Relevanz, umfassend aufgeklärt werden, z.B.: (i) zur Kinetik und Thermodynamik der Kupferoxidation unter definierten Reaktionsbedingungen. Dazu wurde eine optische Methode zur in-situ Beobachtung des Reaktionsverlaufs entwickelt und zur Vermessung des Cu-O Phasendiagramms als Funktion von Druck und Temperatur eingesetzt.(ii) zur Natur von Cu-O Monolagen aufgewachsen auf Au(111), Pt(111) und Mo(001) und der Unmöglichkeit dickere Oxidschichten in einer Vakuumumgebung zu präparieren(iii) zur Herstellung volumenartiger Cu2O Filme mit Hilfe einer Hochdruck-Präparationsmethode(iv) zur Struktur der Cu2O(111) Oberfläche, welche im Gleichgewicht immer rekonstruiert und im Gegensatz zu alle Literaturmodellen weder unterkoordinierte Cu-Atome noch O-Defekte aufweist.Die Verfügbarkeit einer zuverlässigen Präparationsmethode für volumenartige Cu2O(111) Filme liefert die Grundvoraussetzung, um weiterführende Materialeigenschaften im Rahmen dieses Folgeantrags zu adressieren. Die experimentellen Schwerpunkte liegen hierbei auf (i) der Charakterisierung von Gitterdefekten, die sowohl die elektronischen (p-Leitung) als auch chemischen Eigenschaften des Materials dominieren(ii) der ortsaufgelösten Vermessung von Exzitonen, als fundamentale optische Anregung im Cu2O, und deren Wechselwirkung mit Inhomogenitäten im Kristallgitter(iii) der Aufhebung des Paritätsverbots für die Bandlücken-Rekombination. Dazu werden durch gezielte Dotierung Defektzustände an den Cu2O Bandkanten induziert, welche dipolerlaubte Übergänge ermöglichen (iv) dem Übergang von dotierten binären zu ternären Cu-basierten Oxiden mit neuartigen optischen und chemischen Eigenschaften, z.B. CuAlO2 und Cu2V2O7 für die photo-katalytische Wasserspaltung.Alle Messungen werden mit oberphysikalischen Methoden im UHV durchgeführt, insbesondere mit der Rastertunnel- und optischen Nahfeldmikroskopie, und von DFT Rechnungen begleitet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Großgeräte: LN2-cooled CCD spectroscopy system
• Gerätegruppe: 5430 Hochgeschwindigkeits-Kameras (ab 100 Bilder/Sek)
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Jacek Goniakowski, Ph.D.; Professorin Claudine Noguera, Ph.D.