Spektroskopische Studie elektronischer Korrelationen in Übergangsmetall-Dichalkogenid Moiré-Superlattices

• Antragsteller: Dr. Wenhao Zheng
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531466922

Moiré-Superlattices in Übergangsmetall-Dichalkogeniden (Transition metal dichalcogenides, TMD) haben sich als geeignete Systeme zur Erforschung physikalischer Phänomene, insbesondere starker elektronischer Korrelationen und nicht trivialer Bandtopologien erwiesen. Angesichts des wachsenden Interesses an TMD Moiré-Superlattices zur Untersuchung von Vielteilcheneffekten und -phänomenen (Many body effects), wie Mott-Übergänge, Wigner-Kristallisation und Supraleitung ist es von entscheidender Bedeutung, ein umfassendes Verständnis der zugrunde liegenden, starken elektronischen Korrelationen zu erlangen. Bisherige Experimente an 2D Moiré-Superlattices haben sich hauptsächlich auf Elektronentransportmessungen konzentriert, für die in der Regel zusätzliche einkapselnde Schichten oder dual gating-Strukturen erforderlich sind. Diese experimentellen Bedingungen erschweren jedoch die spektroskopische Untersuchung der Superlattices mit gängigen Methoden, wie beispielsweise der Rastertunnelspektroskopie. Die Entwicklung spektroskopischer Methoden, die Zugang zu bisher verborgenen Heterostrukturen ermöglichen, ist dabei entscheidend für ein grundlegendes Verständnis korrelierter physikalischer Prozesse in 2D Moiré-Superlattices. Ziel dieses Projektes ist es daher, durch Kombination aus dual-gate Feldeffektapparaturen und verschiedener Spektroskopiemethoden, ein umfangreiches Verständnis der Elektronenkorrelationen in TMD Moiré-Superlattices zu erlangen. Im Speziellen möchten wir uns auf die folgenden drei offenen und wissenschaftlich aktuellen Fragestellungen fokussieren: (i) Wir werden die Bandbreite des Flachband- und des Mott-Übergangs in MoTe2/WSe2-Moiré-Superlattices mittels Fourier-Transformations-Infrarot (FTIR)-Photostromspektroskopie untersuchen; (ii) Wir werden die Ladungsdichte in MoTe2/WSe2-Moiré-Superlattices exakt kontrollieren und den optischen Übergang generalisierter Wigner-Kristalle mittels FTIR Photostromspektroskopie untersuchen; (iii) Wir wollen die Entstehung von Wigner-Kristallen in Monolayer-Halbleitern untersuchen, indem wir eine on-chip THz-Spektroskopiemethode auf Grundlage von WSe2-Monolayer-Bauelementen entwickeln. Insgesamt geben die systematischen spektroskopischen Untersuchungen an TMD-Moiré-Superlattices Einblicke in die Hubbard-Physik stark korrelierter Elektronensysteme, die für potenzielle technologische Innovationen von Bedeutung sein können.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Long Ju