Interaktion von akustischen Oberflächenwellen mit epitaktischen Graphen

• Antragsteller: Dr. Alberto Hernández-Mínguez
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 242778186

Das Projekt untersucht die Wechselwirkung zwischen akustischen Oberflächenwellen (SAW) und epitaktischen Graphen (EG) auf SiC. Die SAWs produzieren veränderbare piezoelektrische und Spannungsfelder, die die Graphen-Bandstruktur modulieren und stark mit Ladungsträgern wechselwirken. Diese Felder können Ladungsträger erfassen und mit einer wohldefinierten Geschwindigkeit transportieren. Diese Eigenschaften werden für den kontrollierten Transport von Ladungsträgern und Spins in Graphen-Schichten untersucht. Dies wiederum setzt neben einer besseren Kenntnis des Impulsübertragsprozesses zwischen SAWs und Ladungsträgern in Graphen, auch die Wirkung der SAW piezoelektrischen und Spannungsfelder auf die elektronische Bandstruktur und die Spin-Aufspaltung voraus. Das epitaktisch gewachsene Graphen für die Experimente mit akustischer Modulation wird aus SiC mittels der Oberflächengraphitisierungsmethode hergestellt. Die Untersuchungen werden auf der Si-Fläche gewachsenem monoschichtigem Graphen als auch auf der C-Fläche gewachsenem mehrschichtigen Graphen durchgeführt. Die Prozessierung der Proben für die Anwendung der SAWs und die Messung von elektroakustischen Strömen werden direkt auf der EG/SiC-Struktur vorgenommen.Die Untersuchung der Interaktion zwischen SAW piezoelektrischen Feldern und Ladungsträgern in Graphen wird sich auf das Erreichen des nicht-linearen Bereichs konzentrieren, in dem ein starkes piezoelektrisches Feld eine starke Modulation der Graphen Ladungsdichte induziert. Um dieses nichtlineare Transportregime zu erreichen, wird eine Intensitätsverbesserung des SAW piezoelektrischen Feldes, sowie die Verringerung der durchschnittlichen Trägerdichte in Graphen durch Verschiebung des Fermi-Niveaus in Richtung des Dirac Punkts erforscht. Unter diesen Bedingungen werden die Ladungsträger stark am Minimum der piezoelektrischen Energie eingeengt, wo sie sich mit der wohldefinierten SAW-Geschwindigkeit bewegen. Graphen ist auch ein aussichtsreicher Kandidat für den Transport von Spin-Informationen. Die Verwendung ferromagnetischer Source und Drain-Kontakte wird die Spininjektion und Extraktion in dem Graphen ermöglichen, wo die Spins mittels SAWs transportiert werden. Die erwarteten langen Spinrelaxationszeiten in mehrschichtigen EG, zusammen mit der hohen, genau definierten Geschwindigkeit der SAWs in SiC, sollte ein akustischer Spintransport von mehreren Hundert Mikrometern ermöglichen.Zusätzlich zu dem piezoelektrischen Feld ist das Spannungsfeld der sich ausbreitenden SAW ebenfalls ein Kandidat für Ladungsträgerkontrolle in Graphen. Spannungsinduzierter Transport gilt als besonders wichtig in Graphenmultischichten, in denen das Piezoelektrischefeld der SAWs jenseits der ersten Schicht stark abgeschirmt wird. Schließlich, wird erwartet, dass kurzperiodischen Spannungwellen die Graphen-Bandstruktur entlang SAW Ausbreitungsrichtung modulieren, wenn die SAW-Wellenlänge von derselben Größenordnung wie die freie Weglänge der Ladungsträger ist.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1459: Graphene