Atomar aufgelöste Phonon- und Photon-Spektroskopie von gestapelten 2D-Materialien

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Kröger
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467613242

Im Projekt werden Doppellagen aus Graphen und Stapelungen aus Graphen und hexagonalem Bornitrid (h-BN) auf einkristallinen Metalloberflächen – Ru(0001), Rh(111) und Pt(111) – untersucht. Das erste Ziel besteht in der Präparation der Bilagen-Strukturen mit Methoden der Oberflächenphysik, so dass Domänen mit unterschiedlichen Drehwinkeln der Lagen gegeneinander gemeinsam vorliegen. Die Analyse der entstandenen Moiré-Muster mittels Elektronenbeugung und Rastertunnelmikroskopie gibt Auskunft über den Rotationswinkel zwischen den zweidimensionalen Gittern. Im zweiten Schritt werden diese Domänen hinsichtlich ihrer elektronischen, phononischen und optischen Eigenschaften mit Hilfe von Rastertunnelspektroskopie analysiert. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der möglichen Abhängigkeit der genannten Eigenschaften vom Drehwinkel. Die geplante Vorgehensweise erlaubt, lokale Phonon- und Photonanregungen direkt mit der elektronischen Struktur zu vergleichen. Darüber hinaus liegen unterschiedliche Rotationsdomänen auf der Probenoberfläche vor, so dass Änderungen mit dem Drehwinkel ohne Probenwechsel verfolgt werden können. Diese Vorzüge sollen genutzt werden, um die Bedeutung von Van Hove-Singularitäten für Phononen in Graphen-Doppellagen zu erkunden. Eine mögliche Energieabsenkung bestimmter Phononmoden durch eine erhöhte Elektron-Phonon-Kopplung im Sinne einer Kohn-Anomalie wird untersucht. Es wird debattiert, ob Photonemission durch optische Übergänge zwischen den Van Hove-Singularitäten oder durch sie verursachte stark gebundene Exzitonen verursacht wird. Durch lokale Photon-Emission aus der Tunnelbarriere soll abhängig vom Moiré-Gitterplatz und vom Drehwinkel zwischen den Graphen-Lagen diese Debatte erhellt werden. In h-BN auf Graphen werden gezielt Defektstellen durch Argon-Ionenbombardement erzeugt, um ihre Eigenschaft als Farbzentren zu analysieren. Hierzu wird die lokale Elektrolumineszenz, die durch den injizierten Tunnelstrom induziert wird, spektroskopiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen