Untersuchung der Rolle von intrinsischen Defekten für optische und optoelektronische Eigenschaften von Übergangsmetall-Dichalkogenid-Monolagen und lateralen Heterostruk-turen, die durch maßgeschneiderte Synthese hergestellt wurden

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Ute Kaiser; Professor Dr. Andrey Turchanin
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464283495

Van-der-Waals-Materialien wie Graphit und MoS2 machen es möglich atomisch dünne Halbleiter mit Metallen und Isolatoren für faszinierende Physik und Anwendungen zu kombinieren. Das derzeitige Designkonzept besteht darin, einzelne Flocken zu verwenden und in van-der-Waals-Strukturen zu kombinieren, um neue Funktionen zu erhalten. Hier schlagen wir einen ganz anderen Ansatz vor, um das Repertoire von 2D-Materialien über die natürlich vorkommenden Kristalle hinaus zu erweitern durch neue Wege in der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) von Übergangsmetall-Dichalkogeniden (TMDs). Das Projekt wird drei Durchbrüche der drei Partner kombinieren: • Jena: hat die Reproduzierbarkeit und Kristallqualität von CVD TMD-Monolagen durch Einführung eines neuartigen Wachstumsverfahrens auf der Basis von Knudsen-Effusionszellen signifikant verbessert und wird diesen Wachstumsansatz auf laterale Heterostrukturen und Janus-Monoschichten wie SMoSe ausweiten. • Ulm: Entwickelte Sub-Angstrom-Niederspannungselektronenmikroskopie (SALVE), die den Zugriff auf die intrinsische Defektstruktur und -dichte in reinen 2D-Materialien sowie auf die elektronischen Eigenschaften der Defekte ermöglicht. Dies ist entscheidend für die Analyse der CVD-Proben aus Jena und um die atomare Struktur der lateralen Grenzflächen sowie die Eigenschaften der Defekte aufzudecken. • Toulouse: hat gezeigt, dass die CVD-gewachsenen Proben (Jena) mit gemessenen, geringen Defektdichten (Ulm) eine optische Qualität aufweisen, die mit der höchsten Qualität von exfoliertem Material vergleichbar ist. Der Zugriff auf die intrinsischen optischen Eigenschaften wird durch Eliminieren der dielektrischen Störung (extrinsische Effekte) erreicht, die bisher die Optik von CVD-Proben dominieren. Die Hauptziele des Projekts sind: • CVD-Wachstum großflächiger TMD-Monolagen auf dem gesamten Substrat (geeignet für Herstellung von Bauelementen) mit kontrollierter Defektdichte durch optimiertes Wachstum und Feedback von HRTEM. Die Entwicklung eines hochwertigen Wachstums Prozesses mit kontrollierten Störstellen und -dichten ist eine solide Basis, bevor das Wachstum für Heterostrukturen und Legierungen entwickelt wird. Für Quantentechnologien ist es wichtig, auf einzelne Defekte zuzugreifen und deren Ursprung zu verstehen. • Wachstum von lateralen Heterostrukturen wie MoSe2-WSe2 sind ohne Äquivalent in exfolierten Proben; Untersuchung der atomaren Schärfe von Grenzen <=> allmählichem Legieren in HRTEM; Untersuchung der Exzitondiffusion entlang des Bandlückengradienten; zur Erzeugung von Exzitonen-"Fallen" für effiziente, lokalisierte Lichtemission oder zukünftige Exzitonen-Kondensationsexperimente. • Wachstum von Janus-Monolagen mit unterschiedlichem oberem und unterem Chalkogen wie SMoSe; Schichten mit großem Potenzial in Chemie (Katalyse) und Optoelektronik; HRTEM und Optik an Janus-Monolagen; Untersuchung der non-linearen Effekte (SHG) und des Stark-Effektes der optischen Hauptübergänge mit permanentem Dipol.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Bernhard Urbaszek