Die Entwicklung magnetischer Eigenschaften von zweidimensionalen MXenen

• Antragsteller: Professor Dr. Ulf Wiedwald
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530103526

MXene sind als einer der am schnellsten wachsenden Bereiche in der 2D-Materialforschung anerkannt, da sie außergewöhnliche physikalische und strukturelle Eigenschaften aufweisen und vielversprechend für verschiedene Anwendungen sind, darunter Spintronik und magnetische Sensoren. Die experimentellen Anstrengungen, ferromagnetische Eigenschaften zu erzeugen sind jedoch nach wie vor sehr begrenzt, da Fe, Co oder Ni mit den MAX-Phasen, die als Präkursor für die Herstellung von MXenen durch selektives chemisches Ätzen der A-Schicht verwendet werden, nicht kompatibel sind. Als Alternative zur Einstellung ferromagnetischer Eigenschaften von 2D-MXenen schlagen wir vor, Fe in mehrschichtige MXene-Strukturen im Ultrahochvakuum (UHV) bei variablen Temperaturen zu interkalieren. Die Herstellung von MXenen mit verschiedenen funktionellen Oberflächengruppen (-F, -OH, =O, -Cl, -Br) und eine detaillierte Untersuchung ihrer thermischen Desorption wird es ermöglichen, teilweise oder nahezu unfunktionalisierte MXene auf sehr kontrollierte Weise zu präparieren. Die unterminierte Oberfläche verschiedener MXene (Ti3C2, Ti2C) wird durch in-situ Abscheidung von Fe funktionalisiert, durch Tempern weiter funktionalisiert und mittels in-situ Auger-Spektroskopie überwacht. Eine solche Funktionalisierung durch Interkalation könnte die Herstellung von MXenen mit neuartigen magnetischen 2D-Eigenschaften ermöglichen. Die umfassende Untersuchung der Struktur-Magnetismus-Beziehung von Fe-interkalierten MXenen ist der Schwerpunkt des Projekts. Die Kombination aus Synthese und Charakterisierung von MXeneen mit verschiedener Oberflächenchemie am Laboratorium für Werkstoffe und Physikalische Technik (LMGP, Grenoble) zusammen mit der Untersuchung auf atomarer Ebene und der magnetischen Charakterisierung in UHV-Umgebung an der Universität Duisburg-Essen (UDE, Duisburg) und der elementselektiven polarisationsabhängigen Spektroskopie mit harter Röntgenstrahlung in hohen Magnetfeldern an der Europäischen Synchrotronstrahlungsanlage (ESRF, Grenoble) wird einen Wendepunkt bei der Entwicklung zuverlässiger Implementierungswege für magnetische MXene darstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Hanna Pazniak; Dr. Fabrice Wilhelm