Korrelierte PL, Raman und IR Nanospektroskopie zur Untersuchung von Einzelphotonenquellen in hBN

• Antragstellerin: Dr. Iris Niehues
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467576442

Das Ziel des Projekt ist es Einzelphotonenquellen (engl. SPEs) in hexagonalem Bornitrid (hBN) mithilfe von Nahfeldtechniken zu untersuchen, die eine räumliche Auflösung im Nanometerbereich bieten.SPEs sind für zukünftige Quantentechnologien unerlässlich, da dort einzelne Photonen nach Bedarf benötigt werden. Für Anwendungen müssen SPEs spezielle Anforderungen erfüllen, z.B. sollten sie bei Raumtemperatur stabil und veränderlich in der Energie sein. SPEs, die dies erfüllen, finden sich in hBN, wobei ihre Eigenschaften noch nicht vollständig verstanden sind. Es wird angenommen, dass Dehnung einen großen Einfluss auf ihre optischen Eigenschaften hat, aber die zugrunde liegenden Mechanismen sind noch unbekannt. Neue Erkenntnisse können erzielt werden, indem die SPEs mit einer räumlichen Auflösung untersucht werden, die unterhalb der optische Beugungsgrenze liegt. Deshalb möchte ich Infrarot-Nano-Bildgebung- und -Spektroskopietechniken (s-SNOM bzw. Nano-FTIR), sowie spitzenverstärkte Raman-Spektroskopie (TERS) und Photolumineszenzspektroskopie (TEPL) verwenden, um das Zusammenspiel zwischen lokaler Dehnung und Photolumineszenz (PL) von SPEs in hBN mit nanoskaliger räumlicher Auflösung zu untersuchen. Für eine möglichst zuverlässige Korrelation der unterschiedlichen Spektroskopiedaten, zielt das Projekt auf die Entwicklung eines kombinierten Nano-FTIR- und TERS-Aufbaus ab, der erstmals die gleichzeitige Messung von nanoskalig aufgelösten Infrarot-, Raman- und PL-Spektren ermöglicht. Erste Messungen sollen an SPEs durchgeführt werden, deren Eigenschaften aktiv beeinflusst wurden. Dazu werden makroskopische Dehnungsfelder in ihrer Nähe, bspw. durch Nanointendation, erzeugt. Die Ergebnisse werden dazu beitragen, den Einfluss von Dehnung auf Ursprung, Aktivierung und Übergangsenergie der SPEs besser zu verstehen.Das vorgeschlagene Projekt wird in der Nanooptik-Gruppe am CIC nanoGUNE (San Sebastian, Spanien) unter der Leitung von Rainer Hillenbrand durchgeführt, der Pionierarbeit bei der Entwicklung und Anwendung von s-SNOM und Nano-FTIR geleistet hat. Die Gruppe hat auch gezeigt, dass die Nano-FTIR-Instrumentierung gut für TERS- und TEPL-Messungen geeignet ist, die bisher parallel, jedoch getrennt zu s-SNOM und Nano-FTIR entwickelt wurden.Ich forsche auf dem Gebiet der Optomechanik von Halbleitern, insbesondere an PL- und Absorptionsstudien von gedehnten 2D-Materialien. Außerdem untersuche ich die phononischen Eigenschaften mittels Raman-Spektroskopie und korreliere sie mit ihrer PL. Kürzlich habe ich den Einfluss der Dehnung auf Mono- und Bilagen untersucht und gezeigt, dass die optischen Eigenschaften über die Exziton-Phonon-Kopplung manipulierbar sind. Ich habe zudem deterministisch durch nanoskalige Dehnungsprofile SPEs in WSe2-Monolagen erzeugt.Ich bin überzeugt, dass mein Wissen in Optomechanik und SPEs in Kombination mit der Ausrüstung und dem Fachwissen am CIC nanoGUNE zu einer erfolgreichen Umsetzung des vorgeschlagenen Projekts führen wird.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Spanien
• Gastgeber: Professor Dr. Rainer Hillenbrand