Niederdimensionale SnIP-artige Hauptgruppenelement-Halbleiter

• Antragsteller: Professor Dr. Tom Nilges
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389011793

Das vorliegende Projekt hat die Darstellung, Charakterisierung und Nutzung von niederdimensionalen, anorganischen Doppelhelixverbindungen vom SnIP-Typ zum Ziel. SnIP besteht aus einer äußeren [SnI]- und einer inneren [P]-Helix, die sich in Form einer hexagonalen Stabpackung von Doppelhelices anordnen.Mikrokristallines SnIP dient als Ausgangsverbindung zur gezielten Darstellung von SnIP. Nanofasern werden durch chemische und mechanische Exfolierung, mit Durchmessern bis hinunter zu einem Nanometer (Doppelhelix-Einzelstrang) und großen Aspektverhältnissen hergestellt. Im Falle einer erfolgreichen Darstellung von Einzelfasern wären erstmals atomare, anorganische, chirale Doppelhelices zugänglich, die besondere mechanische, optische und elektronische Eigenschaften erwarten lassen. Aus Suspensionen von SnIP-Nanofasern sollen dünne Schichten auf unterschiedlichen Substraten realisiert und untersucht werden. Die verschiedenen Dünnschichtsubstrate werden anschließend auf Ihre Verwendbarkeit in Solarzellanwendungen, als Sensoren oder Feldeffektransistoren hin untersucht. Zum Verständnis der Bildung der Doppelhelixverbindungen werden in situ Neutronenbeugungs-experimente (ILL, Grenoble, D20 Diffraktometer) angestrebt, die einen Aufschluss über die Wachstumsgeschwindigkeiten und Wachstumsmechanismen liefern sollen. Das hier gewonnene Wissen wird zur direkten Synthese von Dünnschichtpräparaten über die Gasphase genutzt.Analog zu SnIP sollen im Projekt weitere doppelhelikale Verbindungen der allgemeinen Zusammensetzung MXPn (mit M = Ge, Sn, Pb; X = Cl, Br, I und Pn = P, As, Sb) dargestellt und charakterisiert werden. Ausgesuchte Verbindungen werden analog zu SnIP untersucht und zu elektronischen Bauteilen (siehe oben) weiterentwickelt.SnIP und ausgesuchte weitere MXPn Phasen werden wir dotieren, um n- und p-Leitfähigkeit zu induzieren und zu optimieren. Zur besseren Exfolierbarkeit und zur Etablierung einer Folgechemie mit den ersten atomaren, anorganischen Doppelhelices werden wir die Ver-bindungen mit Lewis-Basen umsetzen und die sich bildenden Addukte näher charakterisieren. Die freien Elektronenpaare des M-Atoms und die stark polarisierten Elektronenhüllen des X-Atoms in der äußeren [MX]-Helix stehen hierzu zur Verfügung. Erste Erfolge konnten mit durch Umsetzung mit funktionalisierten Boraten erzielt werden. Hierauf aufbauend ist eine eingehende Untersuchung der Reaktivität von MXPn Verbindungen mit Lewis-Basen geplant.Bei erfolgreicher Bearbeitung des beantragten Projekts werden die MXPn Verbindungen eine neue Verbindungsklasse flexibler, mechanisch belastbarer, niederdimensionaler Halbleiter darstellen, die für eine Reihe von Anwendungen in der Halbleitertechnologie in Frage kommen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Chongwu Zhou