Fortgeschrittene zweidimensionale Übergangsmetallchalkogeniden

• Antragstellerin: Dr. Thais Chagas Peixoto Silva, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530222608

Monoschichten aus Übergangsmetallchalkogeniden (TMC) sind eine wichtige Klasse zweidimensionaler (2D) Materialien, die vielversprechende Kandidaten für Bauelemente sind. Diese Materialien werden aus einem Übergangsmetall und einem Chalkogen gebildet, und ihre Eigenschaften hängen von ihrer Zusammensetzung und atomaren Koordination ab. Die Molekularstrahlepitaxie (MBE) auf einkristallinen Metalloberflächen ist eine etablierte Methode für die Herstellung von 2D-TMC. Der Fokus dieses Projekts liegt auf Ta-S-Verbindungen, da diese beiden Elemente eine Vielzahl von Phasen bilden können. Ausgangspunkt des Projekts ist ein tieferes Verständnis des atomaren Prozesses bei der Synthese von TMC. Dies soll dazu genutzt werden, 2D-Materialien in hoher Qualität herzustellen. Dies eröffnet einen Weg, um neu entdeckte, aber noch unerforschte Phasen zu untersuchen und darüber hinaus die etablierten Phasen mit dem Ziel neuer Funktionalitäten weiterzuentwickeln. Bei unserer vorbereitenden Untersuchung des reichhaltigen Phasendiagramms von Ta-S haben wir ein Kagome-Gitter beobachtet. Die typischen Kagome-Bänder können zum Auftreten exotischer Vielteilchenzustände führen. Wir werden hier seine Struktur und Stöchiometrie vollständig bestimmen, gefolgt von einer Untersuchung der elektronischen Eigenschaften mit Schwerpunkt auf den vorhergesagten Bändern und dem halbmetallischen Kantenzustand. Das Projekt zielt auch darauf ab, eine neue Synthesemethode zu entwickeln, die die Herstellung von Janus-Membranen wie TaSSe mit hoher Qualität ermöglicht: Wir werden Tantalmonosulfid als Keim verwenden, der anschließend nachselenisiert wird, wobei die erforderliche Se-Schicht von unten hinzugefügt wird. Diese Synthese wird eine Untersuchung der vorhergesagten piezoelektrischen und supraleitenden Eigenschaften von TaSSe ermöglichen. Unsere Kenntnisse über Keimbildung und Wachstumsprozesse, die wir für Tantalsulfidverbindungen gewonnen haben, werden wir auf andere TMC auf dichtgepackten Metalloberflächen verallgemeinern. Insbesondere werden wir die Keimbildung von Molybdänsulfidverbindungen untersuchen, da unsere früheren Arbeiten auf Ähnlichkeiten in den Anfangsstadien des Wachstums hinweisen. Sobald ähnliche Wachstumswege bestimmt wurden, werden die Präparationsparameter untersucht, um verschiedene Mo-S-Phasen zu erhalten, ähnlich denen, die bei Ta-S-Verbindungen beobachtet wurden. Die Methode zur Erreichung dieser Ziele ist MBE unter hochkontrollierten Bedingungen, um diese Materialien zu synthetisieren, da sie mit Analysemethoden der Oberflächenforschung kompatibel ist und damit eine vollständige Charakterisierung ermöglicht. Wir werden die Rastertunnelmikroskopie (STM) und -spektroskopie (STS) als Hauptinstrumente zur Charakterisierung einsetzen, da sie die Unterscheidung verschiedener Phasen innerhalb derselben Probe und die Untersuchung der Veränderung ihrer strukturellen und elektronischen Eigenschaften unter bestimmten Bedingungen ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Andres Santander-Syro
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Thomas Werner Michely; Professor Dr. Michael Rohlfing