Atomar aufgelöste Abbildung eines an Gitterfehler gebundenen statischen und dynamischen geordneten elektronischen Zustands

• Antragsteller: Dr. Michael Kinyanjui
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452020359

Wie werden Verspannungszustände, topologische Phasendefekte und glasähnliche Eigenschaften einer zweidimensionalen Elektronenschicht durch das darunterliegende Atomgitter beeinflusst? Was sind die Eigenschaften dieser topologischen Fehler und glasähnlicher Zustände auf atomarer Ebene? Welchen Einfluss haben Fehler in der topologischen Phase und Fehlordnungen auf dynamische Eigenschaften in einem angelegten elektrischen Feld? Dies sind einige der offenen Fragen, wenn Ladungsdichtewellen (charge density waves, CDWs) – ein durch periodische Modulation der Ladungsträgerdichte und Atompositionen gekennzeichneter geordneter elektronischer Grundzustand – an Defekte in im darunterliegenden Atomgitter gebunden sind.Das Ziel des beantragten Projekts ist es, auf atomarer Ebene Kenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen einer statischen Ladungsdichtewelle (ohne angelegtes Feld) mit dem darunterliegenden Gitterfehler zu liefern. Darüber hinaus soll bei angelegtem elektrischem Feld die erste atomare Abbildung der Bindung dynamischer Ladungsdichtewellen an Gitterfehler erfolgen. Das beantragte Projekt wird die folgende Herangehensweise verfolgen : (I) Verwendung freistehender Einzellagen mit wohldefiniertem CDW-Zustand (II) Hervorrufung und Charakterisierung von Gitterfehlern in selbigen Lagen mittels Elektronenbestrahlung. (III) Direkte Abbildung und Charakterisierung statischer und dynamischer CDW-Verspannungen, der Bildung topologischer Defekte, sowie Übergängen zwischen Ordnung und Fehlordnung als Antwort auf Bindung an Gitterfehler und ein angelegtes elektrisches Feld. Dies wird durch simultane Elektronenbestrahlung, atomare Abbildung und Spektroskopie erfolgen, sowie durch das Anlegen einer Vorspannung in situ, zur Untersuchung der CDW-Dynamik im Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM). Von den Ergebnissen dieses Projekts wird ein Beitrag zum Verständnis des Einflusses von Gitterfehlern auf einen makroskopischen elektronischen geordneten Zustand erwartet. Sie sollen zum Verständnis von dessen Dynamik und zugeordneten Phasenübergängen beitragen, sowie zum rationalen Defektdesign in Quantenmaterialien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen