2D Heterostrukturen mit durch anisotrope Verspannung abstimmbaren Moire-Potentialen

• Antragsteller: Professor Dr. Fei Ding; Professor Dr. Jonathan J. Finley; Professor Dr. Rolf J. Haug
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443274490

Dieses Projekt konzentriert sich auf die Erforschung stark korrelierter elektronischer und exzitonischer Phasen in Van-der-Waals-Heterostrukturen aus Graphen und Übergangsmetalldichalcogeniden, deren Gitter über eine angelegte mechanische Spannung definiert gedehnt werden können. Durch die Kombination lokaler optischer Verfahren hoher räumlicher (<1µm) und zeitlicher (~1ps) Auflösung mit nichtlokalen Quanten-(Magneto-)Transportansätzen werden wir stark korrelierte Quantenzustände in dehnbaren Moiré-Übergittern untersuchen. Die Dehnung verändert die Symmetrie des Moiré-Potentials und ist daher ein Abstimmungsmechanismus für Wechselwirkungen. Darüber hinaus werden wir die Teilchendichte (von Elektronen, Exzitonen, Trionen), die Gittertemperatur und das Vorhandensein von Energieeintrag verändern. Die Experimente werden Gleichgewichtsphänomene (Korrelationseffekte und Kondensation) aufklären, die Stärke der Wechselwirkungen zwischen den Teilchen testen, das Spektrum der niederenergetischen Anregungen messen und die Auswirkungen von Abweichungen vom Gleichgewicht bewerten. Durch die Kombination von optischen und Transport-Methoden eröffnen wir den Weg zur Kontrolle von Spin- und Valley-Freiheitsgraden, führen zeitaufgelöste Untersuchungen von korrelierten Phasen durch und erreichen dadurch ein Verständnis der dabei auftretenden kollektiven Zustände. Drei führende Gruppen sind beteiligt, zwei an der Leibnitz Universität Hannover und eine an der Technischen Universität München, die jeweils synergetisch die notwendige Expertise in der Herstellung von vdW-Heterostrukturen, der über mehrachsige piezoelektrische Aktoren einstellbaren beliebigen Dehnung, der ortsaufgelösten CW- und zeitaufgelösten optischen Experimente und der Quanten(magneto)-Transportspektroskopie mitbringen. Mittelfristiges Ziel ist es, über den Stand der Technik hinaus Moiré-Systeme zu realisieren und die Quanten-Vielteilchenphysik in 2D-Heterostrukturen zu erforschen. Langfristig sollen künstliche Quantenfestkörper und eine abstimmbare Quantensimulatorplattform unter Ausnutzung von Wechselwirkungen realisiert werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2244: 2D Materialien – die Physik von van der Waals [Hetero-]Strukturen (2DMP)
• Mitverantwortlich: Andreas Stier, Ph.D.