Raman-Mikroskop

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556494758

Es wird ein konfokales Raman-Mikroskop für den blauen Spektralbereich mit höchster spektraler und räumlicher Auflösung beantragt. Das Gerät soll zur Untersuchung von neuartigen zweidimensionalen (2D) Materialien, Nanotubes und Nanoribbons (1D) und Halbleiter-Nanopartikeln (0D) eingesetzt werden. Unsere Forschungsziele umfassen die Untersuchung grundlegender physikalischer Eigenschaften von Nanomaterialien wie Struktur/Lagenanzahl, Symmetrie und Phasenübergänge, Verspannung, Grenzflächen-Eigenschaften und Dotierung. Darüber hinaus ist unser Ziel, ein tiefgreifendes Verständnis von fundamentalen Wechselwirkungsprozessen zu erlangen, wie beispielsweise die Exziton-Phonon-Kopplung oder die Wechselwirkung von optischen Anregungen mit Defekten. Außerdem wollen wir die genannten Nanomaterialien gezielt modifizieren, z.B. durch genaue Kenntnis und Kontrolle von räumlichen Modifikationen wie Defekten, Rändern/Grenzflächen, kovalenter und nicht-kovalenter Funktionalisierung. Ramanspektroskopie ist hervorragend dafür geeignet, die genannten Fragestellungen zu adressieren. Insbesondere lateral hochaufgelöste Raman-Maps (hyperspektrale Bilder – je Pixel ein vollständiges Ramanspektrum) ermöglichen die Untersuchung von mikroskopischen Strukturen und lokalen Modifikationen der Materialien. Diese Modifikationen beinhalten neben Defekten und chemischer Funktionalisierung insbesondere Variationen des twist-Winkels in zueinander verdrehten 2D-Materialien, des Interlagen-Abstands in van-der-Waals Heterostrukturen, elektrische Dotierung sowie lokal induzierte Phasenänderungen. Dafür muss das Gerät die Möglichkeit für schnelles, automatisiertes Rastern der Probe und für Vorab-Analysen während der Messung bieten. Darüber hinaus muss es ausreichend flexibel sein, um Proben in unterschiedlichen Umgebungen (Heizzelle, Tieftemperatur-Kryostat, Küvette oder Vakuum-Kammer) untersuchen zu können. Zur Bestimmung kleinster Frequenz-Verschiebungen, die z.B. auf Verspannung oder Dotierung hinweisen, muss das Gerät höchste spektrale Auflösung besitzen. Für die Messung sehr kleiner Phononen-Frequenzen wie die Rigid-Layer-Phononen in 2D-Materialien (~10-40 cm-1) ist ein spezieller optischer Filter zur Unterdrückung der Laserlinie notwendig. Das beantragte Raman-Mikroskop soll mit den Anregungswellenlängen 405 nm (3,06 eV) und 473 nm (2,62 eV) arbeiten und damit komplementär zu einem vorhandenen Gerät sein. Die Anregungswellenlängen im blauen Spektralbereich ermöglichen uns, Materialien mit großer Bandlücke effizient anzuregen sowie in vielen 2D-Halbleitern auch optische Übergänge oberhalb der fundamentalen Bandlücke zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Raman-Mikroskop
• Gerätegruppe: 1840 Raman-Spektrometer
• Antragstellende Institution: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• Leiterin: Professorin Dr. Janina Maultzsch