Vorbereitung und Charakterisierung von einzelnen/wenigen Lagen von Antimon und Germanium

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Hirsch, seit 12/2018
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397380167

Zweidimensionale Materialien (in der Dicke von einer bis zu wenigen Atomschichten) bieten ein großes Potenzial für technologische Anwendungen. In den vergangenen 12 Jahren haben wir in diesem Bereich drei große Aktivitätswellen erlebt: Graphen, 2D-Übergangsmetall-Dichalkogenide und Phosphoren. Wir erwarten, dass die nächste Welle mit zwei elementaren Materialien einhergeht: Antimon und Germanium. Das Hauptziel von 2D-Sb&Ge ist es, der Forschungsgemeinschaft ein Verständnis derer Eigenschaften sowie die Grundlagen derer Herstellung zu vermitteln, um neuartige 2D-Materialien auf der Basis dieser beiden Elemente herstellen und nutzen zu können. Dazu gehört auch die Untersuchung ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften, einschließlich der supramolekularen und/oder kovalenten Funktionalisierung, um eine Reihe Bandlücken-abstimmbarer Bauelemente zu entwickeln.Graphen ist ein Halbmetall ohne Bandlücke,welche es als Material für viele optoelektronische Anwendungen ausschließt. Für Antimon hingegen haben eine Reihe theoretischer Arbeiten vielversprechende Anwendungen im optoelektronischen Bereich vorausgesagt, da das Abtragen dieses Materials bis hin zu einer Schicht zur Öffnung dessen Bandlücke führt. Darüber hinaus wurde prognostiziert, dass es nicht-trivialen topologischen Charakter in seiner wenigschichtigen Form aufweist. Die Mitglieder unseres Teams haben zum ersten Mal gezeigt, dass Antimon durch mikromechanische und Flüssigphasentechniken exfoliert werden kann und die erhaltenen 2D-Flocken hinsichtlich strukturellen und morphologischen Gesichtspunkten charakterisiert. Insbesondere konnten wir zeigen, dass, im Gegensatz zu schwarzem Phosphor, einzelne Schichten von Antimon unter atmosphärischen Bedingungen stabil sind. Eine elektrische Charakterisierung und theoretische Berechnungen in dieser Hinsicht sind derzeit in Arbeit.Das zweite 2D-Material, welches kürzlich in unserem Labor hergestellt wurde und ebenfalls sehr vielversprechende optoelektronische Eigenschaften aufweist, ist eine 2D-Form von alpha-Germanium (2D-Ge), welche nicht mit Germanen verwechselt werden darf, der hexagonalen Form, die nur auf metallischen Oberflächen wächst. Theoretische Berechnungen von einem Mitglied unseres Teams prognostizieren interessante elektrische Eigenschaften, wie etwa eine starke Durchstimmbarkeit der Bandlücke als Funktion der Dicke.Das 2D-Sb&Ge-Projekt ist in drei verschiedenen, miteinander verbundenen Bereichen aufgebaut:I) Werkstoffproduktion einschließlich ihrer chemischen Funktionalisierung und strukturellen / morphologischen Charakterisierung.II) Experimentelle Untersuchungen ihrer physikalischen Eigenschaften.III) Theoretische Modellierung zur Experimententwicklung und für das Verständnis der experimentellen Ergebnisse.Wir planen experimentelle Bedingungen zu ermitteln, um wenigschichtiges Germanium und Antimonen in großem Maßstab herzustellen zu können, sowie für die Möglichkeit einer chemischen Funktionalisierung des letzteren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Slowenien, Spanien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Zoran Levnajic, Ph.D.; Professor Dr. Felix Zamora
• Mitverantwortlich: Dr. Gonzalo Abellán