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Projekt
Interlagen-Exzitonen in hochentwickelten, auf Basis von chemischer Gasphasen-Abscheidung hergestellten Van-der-Waals-Heterostrukturen mit kontrollierter Moiré-Wellenlänge
Antragsteller
Professor Dr. Tobias Korn; Professor Dr. Christian Schüller; Professor Dr. Andrey Turchanin
Fachliche Zuordnung
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung seit 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443361515
Wir planen die Herstellung hochentwickelter Van-der-Waals-Heterostrukturen (VdW-HS) mit kontrollierter Moiré-Wellenlänge. Als Materialbasis verwenden wir Monolagen (ML) von Übergangsmetall-Dichalcogeniden (ÜMDs), die mit Hilfe von chemischer Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition, CVD) gewachsen werden. Dieser Prozess erzeugt großflächige (>100 Mikrometer) ML mit wohldefinierter dreieckiger Form, die direkt mit der Kristallausrichtung korreliert ist. Kürzlich konnte gezeigt werden, dass diese ML ähnlich geringe Linienbreiten wie mechanisch exfolierte ML aufweisen, wenn sie vom Wachstumssubtrat getrennt und in hexagonalem Bornitrid (hBN) eingekapselt werden. Dementsprechend sind diese CVD-gewachsenen MLs ein neuartiger, in nahezu unbegrenzter Menge verfügbarer Baustein für die Herstellung von VdW-HS. Zusätzlich können wir die relative kristallographische Orientierung in den VdW-HS mit hoher Präzision kontrollieren, da wir einfach die Ausrichtung der langen, wohldefinierten Kanten bestimmen können, anstelle auf die weniger präzise und zeitaufwendige Messung der Polarisationsabhängigkeit der zweiten Harmonischen zurückgreifen zu müssen.In diesen hochentwickelten VdW-HS werden wir Interlagen-Exzitonen (ILE) mit verschiedenen optischen Spektroskopie-Techniken bei tiefen Temperaturen untersuchen. Wir werden Mikro-Photolumineszenz, Faraday-Rotation und Kerr-Mikroskopie einsetzen, um systematisch den Einfluss der relativen (Fehl-)Ausrichtung der Lagen im reziproken Raum und des moiré-induzierten Übergitter-Potentials auf die ILE-Energie, die Photolumineszenz-Lebensdauer, die Dynamik der Valleypolarisation und die Diffusion zu untersuchen. Da die nahezu unbegrenzte Verfügbarkeit der CVD-ML einen Engpass bei der Herstellung von VdW-HS beseitigt, planen wir auch die Fertigung komplexerer VdW-HS durch die Integration ferromagnetischer Lagen, mit denen wir unter Nutzung von Proximity-Effekten die Valley-Entartung aufheben können. Zugleich werden wir die CVD-Wachstumsprozesse weiter optimieren um damit eine direkte Herstellung von ÜMD-VdW-HS zu ermöglichen. Bei direktem CVD-Wachstum von VdW-HS können wir eine epitaktische Ausrichtung der ÜMD-Lagen erwarten. Die so entstehenden VdW-HS unterscheiden sich fundamental von HS, die wir über deterministisches Stapeln erzeugen können: in direkt gewachsenen, epitaktischen VdW-HS treten keine Moiré-Effekte auf, sie bilden damit eine wichtige Vergleichsbasis. Weiterhin werden wir neuartige Substrate für das CVD-Wachstum untersuchen, darunter epitaktisch gewachsenes hBN.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
