Transport von Spin-Tal Information und Energie durch gerichtete Exziton-Ströme in zweidimensionalen Halbleitern.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Exzitonen in Monolagen von halbleitenden Materialien waren über die letzten Jahre im Fokus der Halbleiter Forschung, was vor allem in neuartigen physikalischen Phänomenen begründet liegt, die durch den zweidimensionalen Charakter der Materialien entstehen. Die räumliche Kontrolle solcher Exzitonen auf der Nanoskala, die für die Fertigung jeglicher Art von logischem Bauteil nötig wäre, stellt sich allerdings als besonders Problem dar, da Exzitonen nicht über eine elektrische Ladung verfügen die üblicherweise zu diesem Zweck genutzt wird. In diesem Projekt wurde es deshalb zum Ziel gesetzt einen neuartigen Ansatz zu untersuchen, um genau diese Kontrolle zu realisieren: Das Einbringen von lokalen Energiegradienten und magnetischen Feldern durch strukturierte Grenzflächen. Obwohl das Projekt bereits frühzeitig nach einem Jahr (anstatt der geplanten zwei Jahre) beendet wurde, konnte der wichtigste prognostizierte Mechanismus zur Kontrolle der Exzitonen bereits nachgewiesen werden. Es wurde gezeigt, dass nanostrukturierte Materialien über große Bereiche mit Monolagen von Halbleitermaterialien gekoppelt werden können, wobei die extrem hohen Qualitäten und die Eigenschaften der Materialien erhalten bleiben. Gleichzeitig prägen diese strukturierten Substrate dann lokal stark eingeschränkte, ultra-scharfe Energiegradienten in die Monolagen ein, was beweist, dass es auf diese Art prinzipiell möglich ist jegliche denkbare Art von Energielandschaft auf die Materialien zu übertragen, solange sie mit verfügbaren Technologien fertigbar sind. Die Untersuchungen der Propagation von Exzitonen in solchen Strukturen zeigten ebenfalls erste vielversprechende Resultate, dauerten aber noch an, als das Projekt frühzeitig beendet wurde, und weitergehende Untersuchungen sind derzeit noch in Arbeit.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Directing exciton propagation in monolayer TMDCs through patterned dielectric substrates, APS March Meeting, Chicago – contributed talk (2022)
J Zipfel et al.
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Hyperspectral imaging of exciton confinement within a moiré unit cell with a subnanometer electron probe. Science, 378(6625), 1235-1239.
Susarla, Sandhya; Naik, Mit H.; Blach, Daria D.; Zipfel, Jonas; Taniguchi, Takashi; Watanabe, Kenji; Huang, Libai; Ramesh, Ramamoorthy; da, Jornada Felipe H.; Louie, Steven G.; Ercius, Peter & Raja, Archana
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Optimizing cathodoluminescence microscopy of buried interfaces through nanoscale heterostructure design. Nanoscale, 14(20), 7569-7578.
Francaviglia, Luca; Zipfel, Jonas; Carlstroem, Johan; Sridhar, Sriram; Riminucci, Fabrizio; Blach, Daria; Wong, Ed; Barnard, Edward; Watanabe, Kenji; Taniguchi, Takashi; Weber-Bargioni, Alexander; Ogletree, D. Frank; Aloni, Shaul & Raja, Archana
