Proximity-induzierte Dotiereffekte in epitaktischem Graphen: Substrat, Wachstum und Nachbehandlung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Rainer Stosch; Dr. Teresa Tschirner
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449119662

Die Ladungsträgerdichte in epitaktischem Graphen auf SiC und damit die Position des Fermi-Niveaus sind entscheidend für die Anwendung in elektronischen Bauelementen. Für die elektrische Quantenmetrologie beispielsweise, insbesondere für die Realisierung von Quanten-Hall-Normalen für niedrige Magnetfelder, ist eine gut definierte und sehr homogene Trägerdichte unerlässlich. Durch das Wachstum von sehr homogenem, großflächigem Monolagen-Graphen mit extrem niedrigen Terrassenstufen mittels polymerunterstütztem Sublimationswachstum (PASG) und einer nachträglichen molekularen Dotierungstechnik können wir kontrolliert sehr homogene n- und p-Typ Ladungsträgerdichten erreichen, die eine vollständige Quantisierung auch in äußerst niedrigen Feldern ermöglicht. Die außergewöhnliche Dotierungshomogenität in der Nähe des Dirac-Punkts erlaubt die Untersuchung physikalischer Effekte unter Niedrigfeldbedingungen, z. B. das unterschiedliche Transportverhalten von n- und p-Typ Graphen aufzuklären. In einem zweiten Ansatz konzentrieren wir uns auf die Untersuchung elektronischer Effekte in interkaliertem Graphen. Durch die Anwendung einer neuen Methode zur lithografischen Kontrolle der Flüssigmetall-Interkalations-technik (LiMIT) bleibt das Graphen-Kristallgitter erhalten, während eine präzise Kontrolle der Dotierung und der elektronischen Modifikation ermöglicht wird. Geeignete Bauteilgeometrien werden für systematische Untersuchungen der interkalations-induzierten elektronischen Effekte entworfen. Da das Vorhandensein, die Art und die Verteilung von Gitterdefekten entscheidend für die Effizienz und Reproduzierbarkeit der Interkalation sind, zielen wir darauf ab, die Beziehung zwischen Defektbildung und Metalldiffusionsdynamik zu untersuchen, indem wir sowohl experimentelle Techniken als auch theoretische Modellierungen verwenden, um reproduzierbare und ortsspezifische Interkalationsstrategien für ein zukünftiges Materialdesign zu entwickeln. Mit beiden Ansätzen, der verfeinerten n- und p-Typ Dotierung und der kontrollierten Flüssigmetall-Interkalation, werden Bauteile entworfen, die die spezifischen Grapheneigenschaften nutzen und ihre optimierten Quanteneigenschaften werden in Tieftemperatur-Transportexperimenten demonstriert wie beispielsweise Quanten-Hall-Effekt (QHE), Spin-Hall-Effekt (SHE), anomaler Quanten-Hall-Effekt (QAHE), Supraleitung, Klein-Tunneln in p-n-Übergängen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5242: Proximity induzierte Korrelationseffekte in niedrigdimensionalen Strukturen
• Internationaler Bezug: Niederlande, Schweden
• Kooperationspartner: Professor Dr. Alexei Zakharov; Professor Dr. Ulrich Zeitler