Untersuchung und Manipulation der elektronischen Bandlücke in Graphen-Nanoribbons und Nanoribbon-Heterostrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Axel Enders
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432024334

In zunehmendem Maße zeigen experimentelle Studien, dass eine für Anwendungenen als Halbleiterstruktur geeignete Bandlücke im normalerweise semimetallischen Graphen erzeugt werden kann, wenn man es in der Form von nahezu eindimensionalen Streifen mit exakt definierter Breite und Rändern synthetisiert. Die elektronischen Eigenschaften solcher sogenannter Graphen Nanoribbons, oder GNRs, können weitgehend beeinflusst werden, beispielsweise durch Variation der GNR-Breite, der Kantenstruktur, oder durch chemische Modifikation. Das Ziel dieses Antrags sind grundlegende experimentelle Untersuchungen von GNRs und GNR-Heterostrukturen, die auf Oberflächen durch Selbstorganisation geeigneter und systematisch modifizierter Precursor-Moleküle hergestellt werden. Ausgangspunkt ist dabei der Monomer 6,11- dibromo-1,2,3,4-tetraphenyltriphenylene, welcher zur Ausbildung der bekannten “chevron GNR”, oder cGNR, führt. Es wird untersucht, wie strukturelle und chemische Varianten dieses Monomers die elektronische Struktur der resultierenden GNR im Vergleich zu cGNR beeinflusst. Solche Monomere werden dann geeignet kombiniert, um Halbleiterübergänge des Typs I, d.h. Übergänge von Halbleitern unterschiedlich großer Bandlücke, und Halbleiterübergänge des Typs II, d.h. Übergänge von Halbleitern mit energetisch versetzter Bandlücke, zu konstruieren und lokal mittels Rastersondenmethoden zu untersuchen. Ebenso sollen GNRs lateral durch metallische Linker miteinander zu einem zweidimensionalen Metall-Graphen-Hybridstruktur zusammengefügt werden, deren elektronische Eigenschaften wiederum durch die der darin enthaltenen GNRs mitbestimmt wird. Im Ergebnis wird dieses Projekt Trends, und schließlich Regeln, für den Entwurf von GNRs mit Bandlücke „by design“ und den daraus herstellbaren Heterostrukturen aus einer Familie von systematisch modifizierten Ausgangsmolekülen hervorbringen. Diese könnten zur Entwicklung von geeigneten Materialien für Graphen-basierte nanoelektronische Bauteile und optische Materialien beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen, USA
• Kooperationspartner: Dr. James Hooper; Professor Dr. Alexander Sinitskii