Mikro-PLE-Spektrometer mit durchstimmbarem Laser

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563482208

Bei dem beantragten Gerät handelt es sich um einen Aufbau zur mikro-Photolumineszenz-Anregungsspektroskopie (PLE) für durchstimmbare Anregung und Detektion der Photolumineszenz im sichtbaren bis nah-infraroten Spektralbereich, wobei die Anregung über einen durchstimmbaren schmalbandigen Laser erfolgt. Das Gerät soll zur ortsaufgelösten Untersuchung von neuartigen zweidimensionalen (2D) Materialien, 1D Kohlenstoff-Nanotubes und -Nanoribbons sowie Halbleiter-Nanopartikeln (0D) eingesetzt werden. In 2D-Halbleitern und van-der-Waals (vdW) Heterostrukturen können die optischen Anregungen durch eine Vielzahl von Effekten kontrolliert werden: Anzahl der Lagen, Defekte und Verspannungen, sowie die Kombination verschiedener Materialien mit unterschiedlicher Bandlücke, die u.a. zur Bildung von Interlagen-Exzitonen führt. Darüber hinaus ermöglicht die schwache vdW-Wechselwirkung zwischen den Schichten einen weiteren Freiheitsgrad: den Winkel zwischen zueinander verdrehten Schichten (twist), der zur Herausbildung eines Moiré-Potenzials, strukturellen Rekonstruktionen, und/oder Hybridisierung der elektronischen Bänder mit neuen faszinierenden Eigenschaften führt. Dabei ist der Überlapp der elektronischen Wellenfunktionen mit benachbarten Lagen oft entscheidend für die elektronische und vibronische Wechselwirkung der 2D-Schichten untereinander und damit für die resultierenden Eigenschaften des Gesamtsystems. Optische Spektroskopie, insbesondere PLE, kann wichtige Erkenntnisse zum Verständnis dieser Wechselwirkungen liefern. Wir werden mit PLE die exzitonischen Eigenschaften und Interlagen-Wechselwirkungen in 2D-Halbleitern untersuchen, indem wir Resonanzen in energetisch höherliegenden optischen Anregungen bestimmen, Relaxationskanäle zu Interlagen-Exzitonen und energetische Zwischenzustände untersuchen sowie Energie-/Exziton- und Ladungstransfer über vertikale und laterale Grenzflächen analysieren. Dafür ist es notwendig, dass räumlich aufgelöste laterale Scans über die Probenoberfläche und Messungen bei kryogenen Temperaturen möglich sind. Die Anregungsquelle soll ein schmalbandiger cw-Laser sein, der entsprechend den Energien der angeregten Exzitonen in 2D-Materialien im sichtbaren und nahen Infrarot-Spektralbereich kontinuierlich durchstimmbar ist. Zusätzlich ist der Laser dann auch für resonante Ramanstreuung einsetzbar: mit resonanter Ramanstreuung werden wir optische Absorptionsprofile und Elektron-Phonon-Kopplung in Nanopartikeln, Graphen-Nanoribbons sowie in halbleitenden und metallischen 2D-Materialien und ihren Heterostrukturen bestimmen. Das beantragte mikro-PLE-Spektrometer mit dem durchstimmbaren Anregungslaser wird damit eine wesentliche Grundlage für unsere künftige Forschung bilden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Mikro-PLE-Spektrometer mit durchstimmbarem Laser
• Gerätegruppe: 1850 Spektralfluorometer, Lumineszenz-Spektrometer (außer Filterfluorometer
• Antragstellende Institution: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• Leiterin: Professorin Dr. Janina Maultzsch