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Zweidimensionale Strukturen

Die Familie der halbleitenden Übergangsmetalldichalkogenide (TDMCs - engl. transition metal dichalcogenides) ist besonders vielversprechend für fundamentale Untersuchungen von zweidimensionalen Systemen mit potentiellen Anwendungsmöglichkeiten in der Optoelektronik und der Quantentechnologie. Insbesondere MoS2, MoSe2, WS2 und WSe2 sind exzellente Kandidaten für photonische Anwendungen aufgrund ihrer direkten Bandlücke, die allerdings nur in Monolagen dieser Materialien dominant wird (für Bi- und Mehrlagenschichten ist die Bandlücke indirekt), dadurch weisen Monolagen eine hohe Licht-Materie-Wechselwirkung auf. Der zweidimensionale Charakter der Monolagen und das schwache dielektrische Umfeld führen zu einer signifikanten Steigerung der Coulomb-Wechselwirkung, was die Bildung von gebundenen Elektron-Loch-Paaren (Exzitonen) mit hoher Bindungsenergie begünstigt.

Wir erforschen die Physik von korrelierten Elektron-Loch-Zuständen in diesen Materialien. Der Fokus liegt hierbei auf neutralen, geladenen (sogenannten Trionen) und lokalisierten Exzitonen, für die wir Möglichkeiten suchen, ihre energetischen Zustände zu kontrollieren und zu manipulieren (z.B. durch absichtliche Dotierung).

Die Monolagen dieser Materialien werden in unserem Labor durch mechanische Exfoliation produziert und auf unterschiedliche Substrate transferiert, um die gewünschten Phänomene zu erhalten. Die Strukturen werden dann mittels optischer Spektroskopie (Mikrophotolumineszenz- und Ramanspektroskopie) sowie mit elektronenmikroskopischen Verfahren untersucht. Hierbei gibt es Kooperationen mit der AG Rosenauer und der AG Eickhoff im Hause.

Monolayer
PL Spektrum MoS2 Monolayer
Struktur aus Monolayern