Koordinationsfonds

Zweidimensionale (2D) Materialien sind Kristalle mit einer Dicke von nur einem oder sehr wenigen Atomen. Nach der Entdeckung von Graphen, dem prominentesten Vertreter dieser Materialklasse, wurden viele andere 2D-Kristalle identifiziert. Oft weisen sie faszinierende Eigenschaften auf, die in dreidimensionalen Festkörpern keine Entsprechung haben. Weiterhin kann das wohldefinierte Stapeln von 2D-Kristallen zu neuen Materiezuständen führen, auch wenn die einzelnen Schichten nur schwach durch van der Waals Wechselwirkungen (vdW) gebunden sind. Das eindrucksvollste Beispiel, das 2018 veröffentlicht wurde, ist die Umwandlung von zweischichtigem Graphen in einen Supraleiter, wenn die Schichten um einen "magischen Winkel" von etwa 1,1 Grad verdreht werden. Eine solch delikate Strukturmanipulation ist dank der massiven Forschungsanstrengungen im Bereich der 2D Materialien möglich geworden und öffnet die Tür zur Untersuchung von Phasenübergängen, die durch den sogenannten Proximity-Effekt erzwungen werden. Zum Beispiel wurden Phasienübergnge zwischen einem Mott-Isolator und einem unkonventionellen supraleitenden Zustand zu einer 2D-ferromagnetischen Phase oder Halbleiter-Metall-Übergänge beobachtet. Darüber hinaus bieten vdW-Heterostrukturen reichhaltige optische und optoelektronische Eigenschaften, wie z. B. Interlayer-Exzitonen und Trionen. Die Kombination von 2D-Kristallen mit unterschiedlichen Eigenschaften, z. B. einem 2D-Supraleiter und einem topologischen 2D-Isolator, kann die Tür zu exotischen physikalischen Phänomenen wie Majorana-Fermionen öffnen. Ziel des Schwerpunktprogramms 2244 "2D Materialien: Physik von vdW [Hetero-]Strukturen" ist es, die Forschungsanstrengungen und das Fachwissen in der deutschen Wissenschaftsgemeinschaft zu bündeln, um die vielen offenen grundlegenden Fragen zu gestapelten 2D-Materialien anzugehen. SPP 2244 verfolgt die folgenden drei Ziele: Ziel 1: Erforschung der Auswirkungen der Wechselwirkungen zwischen den Schichten auf die elektronischen Eigenschaften und die Transporteigenschaften in 2D-vdW-Materialien. Ziel 2: Untersuchung der optischen Eigenschaften, die sich aus den Wechselwirkungen zwischen den Schichten in 2D-vdW-Materialien ergeben. Ziel 3: Untersuchung kollektiver und korrelierter Phänomene, die zu exotischen Effekten in 2D-vdW-Materialien führen. Um eine enge Zusammenarbeit zu gewährleisten, wird der SPP 2244 von einem Koordinationsbüro begleitet. Dieses kümmert sich um die Organisation von Sommerschulen für Doktoranden und Postdoktoranden, Trainings-Events, Gleichstellungsmaßnahmen und wissenschaftlichen Workshops für alle Mitglieder und assoziierten Mitglieder des Schwerpunkts. Weiterhin werden ein Programm zum Doktorandenaustausch zwischen den beteiligten Projekten sowie Anschubfinanzierung für Nachwuchswissenschaftler angeboten. Die wissenschaftliche Arbeit des SPP 2244 wird von einem Steering-Komitee begleitet.

DFG-Verfahren Schwerpunktprogramme

Teilprojekt zu SPP 2244:  2D Materialien – die Physik von van der Waals [Hetero-]Strukturen (2DMP)