Pomeranchuk-Kühlung für ultratiefe Elektronentemperaturen in verdrehtem Doppelschicht-Graphen

• Antragsteller: Dr. Robin Joey Dolleman, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544940953

Das Hauptziel des Projektes besteht darin, den Pomeranchuk-Effekt in zueinander verdrehten, zweilagigen Graphen derart auszunutzen, dass ein Kühlkreislauf entsteht, der die Elektronentemperatur des Materials senkt. Hierbei beschreibt der Pomeranchuk-Effekt, wie die Änderung der Elektronendichte eine große Änderung der Entropie eines Elektronengases hervorrufen kann. Beim vorgeschlagenen Prozess wird elektrostatisches Gating genutzt, um lokal einen Anstieg der Entropie des Elektronengases zu erzeugen, wodurch die Elektronen Wärme aus ihrer Umgebung aufnehmen und somit die Elektronentemperatur in der Umgebung senkt. Diese Wärme wird anschließend in einem anderen Teil der Probe freigesetzt, um den Kühlkreislauf zu realisieren. Um dies zu erreichen, werden im Rahmen des Projektes umfassenden Messungen des elektrochemischen Potentials und der Entropie des Elektronengases in den verdrehten Graphen-Doppelschichten durchgeführt. Diese Messungen werden den Weg aufzeigen, wie die Kühlbedingungen zu optimieren sind. Darüber hinaus werden Herstellungstechniken untersucht und verfeinert, um die unerwünschte Joulesche Erwärmung zu minimieren. Die nächste entscheidende Projektphase umfasst die Entwicklung fortschrittlicher Temperaturmessmethoden, die auf Quantenpunkten und supraleitenden Tunnelkontakten basieren. Diese Sensoren werden in die verdrehten Graphen-Doppelschichten mittels Gatterstrukturen realisiert, wobei die elektrostatische Durchstimmbarkeit dieses Materials ausgenutzt wird. In der letzten Phase wird sich das Projekt auf die Erzeugung und Detektion von Temperaturgradienten konzentrieren, die durch den Pomeranchuk-Effekt hervorgerufen wurden. Darüber hinaus wollen wir ultratiefe Elektronentemperatur erreichen, indem wir effiziente Wärmeableitungsmechanismen implementieren. Zusammenfassend, zielt das Projekt ab, die Grenzen der minimalen Elektronischentemperatur in verdrehtem Graphen-Doppelschichten zu verschieben, was Auswirkungen auf die 2D-Materialforschung und verschiedene Anwendungen im Bereich der Quantentechnologien haben könnte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Christoph Stampfer