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Projekt
Maßschneidern der elektronischen Struktur von epitaktischem Graphene auf SiC (S1)
Antragstellerinnen / Antragsteller
Dr. Kathrin Küster; Professor Dr. Ulrich Starke
Fachliche Zuordnung
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449119662
Graphen besitzt ein gut ausgeprägtes zweidimensionales Elektronengas. Die Funktionalisierung durch Proximity-Kopplung ermöglicht die Anpassung seiner elektronischen Eigenschaften ohne Eingriff in die atomare Struktur der Graphenschicht selbst. Auf Siliziumkarbid gewachsenes epitaktisches Graphen bietet eine geschützte Schnittstelle für eine solche Manipulation. Eine der Haupttechniken zur Funktionalisierung von Graphen auf SiC ist die Interkalation einer dünnen Schicht an dieser Grenzfläche, die - je nach interkaliertem Material - zu einer Fülle von exotischen Phänomenen wie extremen Dotierungseffekten, Öffnung einer Bandlücke oder kollektiven Zuständen führen kann. An der Grenzfläche zwischen Graphen und SiC kann die Zwischenschicht präzise eingestellt werden. Dabei lassen sich neue zweidimensionale Eigenschaften erzeugen. Epitaktisches Graphen auf SiC erlaubt zudem eine technologische Umsetzung solcher fundamentaler Erkenntnisse, da es möglich ist, hochwertige Graphenschichten in Wafergröße auf einem Halbleiter mit großer Bandlücke zu züchten. Damit entfallen Transferprozesse des Graphens auf ein isolierendes Substrat, die oft die Qualität des Materials verschlechtern. In diesem Projekt planen wir, die elektronische Struktur von Graphen auf SiC(0001) durch Proximity-Kopplung zu funktionalisieren. Durch Interkalation soll Graphen in extreme Dotierungsbereiche getrieben werden, um korrelierte Zustände wie Ladungs- oder Spin-Dichtewellen oder Supraleitung zu induzieren. Eine Feinabstimmung der Ladungsträgerdichte, z. B. durch Adsorption, ermöglicht das Abtasten verschiedener geordneter Grundzustände. Es wird erwartet, dass maßgeschneiderte Grenzflächenschichten aus schweren Elementen und definierten Legierungen Spin-Bahn-Kopplungseffekte und exotische kollektive Phänomene induzieren. Die Nanostrukturierung des Graphens und die Feinabstimmung der Dotierung durch Interkalation ermöglichen die Architektur maßgeschneiderter pn-Übergänge und pnp-Barrieren im Graphen. Wir planen, den resultierenden Klein-Tunneleffekt zur Demonstration eines neuartigen Transistortyps zu nutzen. Die elektronischen und strukturellen Eigenschaften des funktionalisierten Graphens und der Grenzflächenschichten werden durch hochauflösende und mikroskopische Elektronenspektroskopie sowie in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern in dieser Forschungsgruppe durch lokale und nicht lokale Transportmessungen untersucht.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
