In Richtung einer Quantenplasmonik: Anregung von 2D Plasmonen durch Kopplung mit Quantenpunkten durch 2D Materialien

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Tegenkamp; Professor Dr. Dietrich R. T. Zahn
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509747664

In Richtung einer Quantenplasmonik: Anregung von 2D Plasmonen durch Kopplung mit Quantenpunkten durch 2D MaterialienDas Wechselspiel zwischen Photonen und Plasmon Quasiteilchen wird in der Plasmonik gezielt zum Ausbreiten von Informationen an Oberflächen und zum Einschränken von Licht genutzt und Oberflächen Plasmon-Polaritonen (SPP) werden im Zusammenhang mit Quantencomputern genannt. Die kollektiven Anregungen niedrigdimensionaler Elektronengase, sogenannte 2D-Plasmonen, stellen dabei durchstimmbare Energien von THz zu optischen Energien mit Wellenlängen im nm-Bereich zur Verfügung. Verglichen mit dem bereits etablierten Feld der SPP, werden hier allerdings neue Konzepte für die Einkopplung von Licht zur Anregung von 2D-Plasmon-Polaritonen benötigt. In diesem Antrag werden wir im Detail die Kopplung von 2D Plasmonen niedrigdimensionaler Elektronengase mit anderen Oszillatoren untersuchen. Dabei kommen metallische und halbleitende Quantenpunkte (QD) sowie 2D Materialien (TMDCs, molekulare Schichten) zum Studium der Plasmon-Plasmon und Plasmon-Exziton Kopplung auf einer echten Nanometerskala zum Einsatz. Auf Basis von epitaktischem Graphen, das ein quasi perfektes 2D Elektrongas System darstellt, werden Elektronen- und Licht-unterstützte Anregungen untersucht. Die chemische Flexibilität des Graphens erlaubt es uns verschiedene Funktionalisierungsstrategien, wie z.B. die Adsorption von QDs aus der flüssigen Phase, Adsorption von Molekülen im Vakuum, sowie Wachstum von 2D Materialien und die Interkalation von Metallen gezielt auszunutzen. Die Kopplungen und Verstärkungsmechanismen werden mittels hochauflösender Elektronenenergie-Verlustspektroskopie und der rasternden optischen Nahfeldmikroskopie im reziproken und realen Raum untersucht. Diese Experimente werden ergänzt durch eine (multi-tip) Rastertunnelmikroskopie, zum einen zur Kontrolle der atomaren Struktur und eines möglichen Ladungstransfers und zum anderen zur Durchführung von opto-elektronischen Experimenten auf der Nanoskala.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen