Theorie halbleitender Moiré-Materialien

• Antragstellerin: Professorin Sangeeta Sharma, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428802713

Die Stapelung atomar dünner zweidimensionaler Kristalle zu mehrlagigen Kristallen hat der Festkörperforschung ein im wesentlichen neuartiges System vorgestellt: Moiré-Gitter mit kleinen Drehwinkeln. Moiré-Systeme jenseits von Graphen, dem Prototypen solcher Materialien, sind nun Gegenstand der aktuellen Forschung, angetrieben durch Weiterentwicklungen in der Fertigungstechnologie. Die bemerkenswerten physikalischen Eigenschaften des Graphen-Moirés lassen hoffen, dass das allgemeine Moiré-Material, insbesondere wenn es aus zweidimensionalen Halbleitern hergestellt wird, ein System sowohl von grundsätzlichem wissenschaftlichen Interesse als auch mit potenziell weitreichenden technologischen Anwendungsmöglichkeiten darstellt. Jedoch hat die komplexe Struktur von Moiré-Systemen mit kleinen Drehwinkeln aus 2D-Halbleitern wie Übergangsmetall-Dichalcogeniden bis dato deren Erforschung verhindert.Wir beabsichtigen folglich eine Beschreibung der grundlegenden elektronischen Struktur von Halbleiter-Moiré-Systemen mit kleinen Drehwinkeln bereitzustellen mittels: (i) der Entwicklung und Anwendung von Kontinuumtheorien, die den Grenzfall der kleinen Drehwinkel zu erkunden erlauben, (ii) der Untersuchung der Beschaffenheit der Bandlückenkante und der Rolle der moiré-getriebenen Lokalisierung im Grenzbereich der kleinen Drehwinkel, und (iii) der Erforschung der Möglichkeit der Maßschneiderung der Bandlückenkante von dünnen, wenig-lagigen Halbleitern mittels des Moirés. Anschließend an die Entwicklung dieser Fertigkeiten planen wir die wesentlichen optischen Eigenschaften dieser Systeme zu untersuchen. Insbesondere werden wir das optische Absorptionsspektrum mittels eines parameter-freien "Bootstrap"-Ansatzes berechnen und das Zusammenspiel von Einzelteilchen- und exzitonischer Lokalisierung im Moiré untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartner: Privatdozent Sam Shallcross, Ph.D.