Thermoelektrische Eigenschaften in 1D quantisierten Kern-Schale Nanodraht Heterostrukturen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Gregor Koblmüller
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456688860

Ziel dieses Vorhabens ist es auf Basis von halbleitenden Kern-Schale Nanodraht-Hetero-strukturen eine experimentelle Plattform für neuartige und vielversprechende nano-thermoelektrische Materialien zu etablieren. Insbesondere weisen sich diese eindimensionalen Heterostrukturen durch eine Vielzahl an Vorteilen für die Nanothermoelektrik aus, wie etwa dem quantisierten Ladungsträgertransport sowie Phononen-Eigenschaften die unabhängig über die Kern-Schale Struktur kontrolliert werden können. Basierend auf ersten Errungenschaften des Antragstellers soll der Fokus dieses Projekts daher auf neuartige III-V Halbleiter-basierte Kern-Schale Nanodrähte gelegt werden, welche gleichzeitig eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit und ein ausgeprägtes 1D-Confinement mit großen quasi-ballistischen freien Weglängen aufweisen, sowie einen hohen Atommassen-Kontrast und einer strukturbedingten Geometrie die den Phononentransport vorteilhaft limitieren. Konkret sollen bislang unerforschte InAs-AlAsSb Kern-Schale Nanodrähte als nahezu gitter-angepasste hochbewegliche, n-leitfähige 1D-Kanäle untersucht werden, und dabei entscheidende Einflussfaktoren auf den 1D-Transport sowie thermoelektrische Effekte in Abhängigkeit der zugrundeliegenden 1D-Subband-Struktur ermittelt werden. Korrelierte spektroskopische Messungen des thermischen Transports sollen zudem die thermische Leitfähigkeit bestimmen, wobei die Phononenstreuung gezielt über die Dimensionalität, Legierungsverhältnis sowie Grenzflächenbeschaffenheit der Kern-Schale Struktur manipuliert wird. Zumal funktionale thermoelektrische Elemente sowohl n- als auch p-leitfähige Kanäle zusammenführen müssen, werden die entwickelten Methoden neben n-leitfähigen InAs-AlAsSb Kanälen ebenso auf hoch-bewegliche p-leitfähige GaSb-AlAsSb Kanäle angewandt. Die kombinierten Anstrengungen zu n-InAs bzw. p-GaSb Kanälen werden dabei gleichzeitig interessante Entwicklungen in Richtung ambipolare Nano-Thermoelektrika aufzeigen sowie eine Plattform der künftigen Ko-Integration der ausgewiesenen III-V Nanostrukturen in Si-basierte CMOS Schaltkreise ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr. Markus Döblinger
• Kooperationspartner: Professor Stephen Goodnick, Ph.D.; Martin Holt, Ph.D.; Professor Lincoln Lauhon, Ph.D.; Lucas Lindsay, Ph.D.