Detailseite
Projekt
Struktur und Proximity-Effekte in (gedrehten) Multilagen-Graphen
Antragsteller
Professor Dr. Christian Kumpf; Dr. Felix Lüpke
Fachliche Zuordnung
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung seit 2025
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449119662
Epitaktisches Graphen ist eine vielversprechende Plattform für skalierbare zweidimensionale Elektronik, bei der die Funktionalität des Graphens durch Moiré- und Proximity-Effekte gesteuert werden kann: Die Interkalation von Atomen zwischen dem Graphen und seinem Wachstumssubstrat oder zwischen mehreren Graphenschichten erlaubt die Realisierung korrelierter elektronischer Zustände, wie Mott-Isolatoren und Supraleitung. Ursächlich hierfür sind z.B. die Bildung von Moiré-Gittern oder eine starke Dotierung des Graphens, abhängig von der interkalierten Spezies. Darüber hinaus haben zwei oder mehrere gegeneinander verdrehte Graphenschichten großes Interesse geweckt, da sie durch Moiré-Gittereffekte hervorgerufene korrelierte elektronische Phasen beherbergen können: Bei einem bestimmten „magischen“ Winkel von 1,1° weist verdrehtes Doppel-Lagen Graphene abstimmbare korrelierte isolierende Zustände und Supraleitung auf. Jedoch sind diese Verdrehungswinkel epitaktisch aufgrund von Gitterinstabilitäten schwer zu realisieren. Im Gegensatz hierzu stehen Doppel-Lagen mit großem Verdrehungswinkel (20–30°), welche stabiler sind. Solche stark verdrehten Graphen-Doppelschichten sind trotz vielversprechender elektronischer Eigenschaften, wie z. B. der Realisierung abwechselnder Bereiche mit und ohne Bandlücke aufgrund lokaler Symmetrie, der Bildung geometrisch frustrierter Netzwerke topologisch geschützter Zustände und topologische Phasen höherer Ordnung mit fraktionalen Elektronenladung-Eckzuständen, deutlich weniger erforscht. Im Rahmen von FOR5242 werden wir stark verdrehte Graphen-Lagen auf der Grundlage von Epitaxie und in Kombination mit Interkalation sowie exfolierten Schichten herstellen. Unser Ziel ist es, das Zusammenspiel von Moiré- und Proximity-Effekten aus den verschiedenen Quellen zu erforschen und es zur Realisierung neuartiger korrelierter elektronischer Phasen zu nutzen. Am Forschungszentrum Jülich werden verdrehte Graphen-Lagen hergestellt, die von den anderen Mitgliedern des FOR5242-Konsortiums interkaliert werden. Interkalierte Proben aus dem Konsortium werden wiederum in Jülich mithilfe von stehenden Röntgenwellen (XSW), winkelaufgelöster Photoemissionsspektroskopie (ARPES) und Rastersondenmikroskopie (SPM) charakterisiert, die in Kombination mit einer weiteren Charakterisierung durch die Konsortiumsmitglieder eine umfassende strukturelle und elektronische Analyse dieser vielversprechenden Materialplattform bieten.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
