Hochentwickelte Van-der-Waals-Heterostrukturen mit magnetischen und ferroelektrischen Komponenten

• Antragsteller: Professor Dr. Tobias Korn; Professor Dr. Christian Schüller
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549364913

In unserem Projekt möchten wir eine neue Qualität der Kontrolle über Exzitonen in Van-der-Waals-Heterostrukturen (vdW-HS) erzielen. Wir werden sowohl Intralagen-Exzitonen in verschiedenen Übergangsmetall-Dichalcogeniden (ÜMDs) untersuchen, als auch Interlagen-Exzitonen (IX), die beispielsweise in Heterobilagen (HBL) verschiedener ÜMDs beobachtet werden können. IX in diesen Systemen zeichnen sich durch lange Lebensdauern und große Diffusionslängen aus und können eine ausgeprägte Valley-Polarisation aufweisen. Ihre Eigenschaften können in gewissem Umfang durch die spezifische HBL-Kombination und die Interlagen-Ausrichtung beeinflusst werden, wir möchten aber mehr Kontrolle über Diffusion und Valley-Polarisation erreichen. Zu diesem Zweck werden wir zusätzliche funktionale Lagen in unsere vdW-HS einbringen. Dies werden einerseits verschiedene geschichtete magnetische Materialien sein, wie Cr2Ge2Te6 (ferromagnetischer Halbleiter), Fe3GeTe2 (metallischer Ferromagnet), oder CrSBr (geschichteter Antiferromagnet). Diese können beispielsweise eine Zeeman-Aufspaltung durch magnetische Proximity-Effekte verursachen. Andererseits werden wir 3R-geschichtetes MoS2 verwenden, das ein Material mit Grenzflächen-Ferroelektrizität ist. IX können direkt in 3R-MoS2 selbst beobachtet werden, zudem kann es eine ferroelektrische Potentiallandschaft für IX in komplexeren vdW-HS erzeugen. In unserer Studie werden wir hochentwickelte Spektroskopie-Systeme verwenden, die in den vergangenen Jahren in den Regensburger und Rostocker Gruppen entwickelt wurden, wie beispielsweise abbildende Mikro-Photolumineszenz zur Beobachtung der Exzitonen-Diffusion und Zweifarb-Pump-Probe-Kerr-Rotation für lagen-selektive Anregung und Beobachtung der Dynamik. Viele der vorhandenen Systeme ergänzen einander, so können beispielsweise nah-resonante Pump-Probe-Experimente an Diseleniden in Regensburg durchgeführt werden, während ähnliche Experimente an Disulfiden in Rostock möglich sind. Die kombinierte Erfahrung und Infrastruktur für die Probenherstellung, die in den beiden beteiligten Arbeitsgruppen entwickelt wurde, wird geteilt, um Probeneigenschaften wie Interlagenkopplung und Homogenität weiter zu verbessern. Dazu kommen hochentwickelte Techniken wie ‚Hot Pickup‘ und deterministischer Transfer in inerter Atmosphäre zum Einsatz.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen