Ultra-dünne Übergangsmetalltelluridfilme: Wachstum und Struktur

• Antragsteller: Professor Dr. M. Alexander Schneider
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497265814

Übergangsmetalltelluride sind faszinierende Materialien, die nicht nur für die Grundlagenforschung in der Festkörperphysik wegen nicht-trivialer toplogischer Bandstrukturen interessant sind, sondern darüber hinaus Anwendung in Form von Thermoelektrika, Phasenwechselmaterialien, Sensoren und Dünnschichtsolarzellen finden. Besonders neue Phänomene, die in ultra-dünnen, aus einer oder nur wenigen Kristalllagen bestehenden Schichten auftreten, sind Gegenstand aktueller Forschung.Das Projekt hat das Ziel, ultra-dünne Übergangsmetalltelluridfilme auf verschiedenen Metallsubstraten und auf Graphen mit Hilfe der physikalischen Gasabscheidung (PVD) zu wachsen und deren kristallographische Struktur und elektronischen Eigenschaften zu bestimmen. Im Gegensatz zur Exfoliation, bei der einzelne Lagen eines Telluridkristalls mechanisch von einem Einkristall auf ein Substrat übertragen werden, können mit der PVD auch große Flächen bedeckt werden, wie es für Anwendungen nötig sein wird. Allerdings müssen fundamentale Fragestellungen, wie die strukturelle Modifikation des Substrates durch die Deposition von Tellur und die daraus folgenden Wachstumsmodi bzw. auch die Struktur des wachsenden Films geklärt werden.In dem Projekt sollen Übergangsmetalltelluridfilme im Ultrahochvakuum auf einer Auswahl von Metallsubstraten und auf Graphen gewachsen und untersucht werden. Die Abhängigkeit des Wachstums von Prozessparametern soll geklärt werden, um entsprechende Kontrolle über die entstehenden Strukturen auch an der Grenzfläche zum Substrat zu erlangen. Die Erkenntnisse werden dann genutzt, um das PVD Wachstum von Telluridheterostrukturen zu ermöglichen. Des Weiteren werden auch die elementaren elektronischen Eigenschaften der Filme (z.B. metallisch vs. halbleitend, Austrittsarbeit) bestimmt.Das Projekt beschränkt sich auf Telluride der Gruppe 4 (Ti und Hf) sowie der Gruppe 10 (Ni, Pd, Pt). Diese repräsentieren einerseits Materialien mit verschiedenen topologischen Eigenschaften, andererseits haben manche dieser Telluride auch mehr als eine Volumenphase, was ausgenutzt werden kann, um das Auftreten bestimmter Strukturen durch Variation der Wachstumsparameter zu steuern. Als Substrate dienen eine Reihe von Edelmetallen sowie Graphen auf Ni(111). Zur Analyse der Filme werden die quantitative Intensitätsanalyse der Beugung niederenergetischer Elektronen (LEED-IV), Auger- und Röntgenelektronenspektroskopie, Rastertunnelmikroskopie und -spektroskpopie (STM/STS) sowie Dichtefunktionaltheorie (DFT) eingesetzt.Die Kombination dieser experimentellen und theoretischen Werkzeuge wird eine verlässliche Datenbasis bezüglich des Wachstums, der Struktur und Eigenschaften von dünnen Telluridfilmen und deren Grenzfläche zu unterschiedlichen Substraten entstehen. Darauf basierend könne weitere Untersuchungen, die über das vorgeschlagene Projekt hinaus gehen, wie die Frage nach Steuerbarkeit der Struktur und Grenzflächen, Dotierung oder auch Interkalation, unternommen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen