Straintronics defektbehafteter quasi-zweidimensionaler Materialien: koplanare vs. lamelläre Heterostrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Gianaurelio Cuniberti
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405594721

In den letzten Jahren hat die Entdeckung einer immer größeren Zahl von zweidimensionalen (2D-) Materialien zur Entstehung einer neuen experimentellen und theoretischen Forschungsrichtung geführt, deren Ziel die Ausnutzung der faszinierenden elektronischen und Transporteigenschaften dieser 2D-Systeme ist. Die Kontrolle über diese Eigenschaften ist eine Voraussetzung für den Einsatz von 2D-Materialien in nanoelektronischen, thermischen oder Spintronik-Anwendungen. Insbesondere erfordern nanoelektronische Anwendungen das Verständnis von Ladungstransporteigenschaften über verschiedene Längenskalen und wie der Transport durch verschiedene extrinsische (elektrische, magnetische, Lichtfelder) oder intrinsische (lokale und ausgedehnte Defekte, Oberflächenfunktionalisierung) Variablen beeinflusst werden kann. In dem vorliegenden Antrag kombinieren wir die Expertise der beiden beteiligten Arbeitsgruppen bei der Modellierung des Ladungstransports in 2D Systemen, um das Problem der Strain- und Defekt-Engineering in ausgewählten koplanaren und lamellaren Heterostrukturen zu adressieren. Wir beschränken uns hierbei auf Graphen-Phosphoren-Heterostrukturen. Wir kombinieren atomistische Quantentransport-Ansätze im Nanometer-Maßstab mit real-space Kubo-Ansätzen im Maßstab einiger hundert Nanometer, um das Problem des Einflusses verschiedener Defektarten sowie von angewandten mechanischen Spannungen auf den Ladungstransport in Graphen-Phosphoren-Heterostrukturen aufzuklären. Die Hauptverbindungen zwischen beiden Gruppen bestehen in (i) der umfassenden Parametrisierung von effektiven Modellen, die der ukrainische Partner auf der Grundlage der von dem deutschen Partner durchzuführenden atomistischen Berechnungen verwenden soll, (ii) der Bestimmung möglicher metastabilen Defektkonfigurationen innerhalb und zwischen den Schichten (deutsche Seite) für nachfolgende Berechnungen (ukrainische Seite) ihrer Auswirkungen auf die Elektronendiffusivität und Elektronenleitfähigkeit und (iii) computergestütztes Design von nanoskaligen Heterostrukturen mit einzigartigen atomaren Konfigurationen und formbare (dehnbare und flexible) Strukturen mit einem Potenzial für Anwendungen in der Nanoelektronik, Magnetoelektronik, Sensorik usw. Wir erwarten, dass die im Rahmen dieses Projekts erzielten Ergebnisse nicht nur unter dem Gesichtspunkt des Wissensgewinns für beide Partner von Bedeutung sein werden, sondern auch in der Lage sein werden, geeignete experimentelle Untersuchungen auf dem Gebiet der Straintronik von 2D-Materialien und Heterostrukturen am Department of Electronic Structure and Electronic Properties (G. V. Kurdyumov Institute for Metal Physics of the N.A.S. Ukraine) sowie am Research Laboratory of Physical Materials Science of a Solid (Taras Shevchenko National University of Kyiv).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Ukraine
• Partnerorganisation: The State Fund for Fundamental Researches
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr. Rafael Gutierrez
• Kooperationspartner: Professor Dr. Valentin Tatarenko