Theoretische Untersuchung des elektronischen Transports in funktionalisierten 2D Übergangsmetalldichalcogeniden

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Heine
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280173823

Metallische Übergangsmetalldichalcogenid- (TMD) Monolagen sind vielversprechende ultradünne Materialien, die das Potenzial haben, Graphen-artige Materialien zu vervollständigen, bieten sie doch einstellbare metallische Phasen mit starker Spin-Bahn-Kopplung. Viele von ihnen können durch kleine Strukturdeformationen und durch Dotierung von Gruppe 6-TMDs geschaffen werden und daher als Elektrodenmaterial innerhalb einer einzigen Monolage verwendet werden, wodurch ein sehr geringer Kontaktwiderstand folgt. Das experimentelle Studium von metallischen TMDs ist schwierig, da diese Phasen oft metastabil sind oder auf sehr kleine Strukturmodifikationen beruhen. Daher ist eine sorgfältige theoretische Untersuchung vonnöten, bevor komplexe experimentelle Studien begonnen werden sollten. Dieses Konsortium wird metallische TMD-Strukturen untersuchen, einschließlich intrinsisch metallischer Phase, metastabiler metallischer Phase, und externe Faktoren um Halbleiter-Metall-Übergänge auszulösen, so wie Dotierungen, Defekte und Spannung. Besondere Beachtung wird der Spin-Bahn-Aufspaltung und den Möglichkeiten, diese zu kontrollieren, gewidmet. Die geplanten Computersimulationen reichen von Bandstrukturrechnungen von kleinen Einheitszellen bis zu recht komplexen Systemen, einschließlich Heterostrukturen, dotierten und Defektsystemen bis hin zu Korngrenzen. Die potenzielle realistische Anwendbarkeit wird darüber hinaus durch explizite Transportrechnungen und Device-Simulationen geprüft. Während die meisten Berechnungen mit Programmen des aktuellen Stands der Technik durchgeführt werden können, sind einige methodische Entwicklungen nötig und sollen hier durchgeführt werden. Es werden numerische Methoden, die linear mit der Systemgröße skalieren, O(N), auf Grundlage der Polynomentwicklung der Komponenten des Leitfähigkeitstensors entwickelt. Diese werden Simulationen von sehr großen Einheitszellen in Anwesenheit von Unordnung und die Berechnung von Spin- und Valley-abhängigen Beiträgen erlauben. Es wird daher möglich sein, die Spin- und Valley-Halleffekte in realistischen TMD-Modellen zu beschreiben.Neben den metallischen TMDs werden wir auch die Möglichkeit untersuchen, halbleitende TMDs für spintronische Anwendungen zu funktionalisieren. Die Möglichkeit, ein zweidimensionales Äquivalent zu den verdünnten magnetischen zu erschaffen, wird einen starken Einfluss auf die Spintronikforschung haben. Durch Dotierung mit magnetischen Übergangsmetallen werden wir die Möglichkeit eines kontrollierbaren magnetischen Phasenübergangs untersuchen. In ähnlicher Weise werden wir die Kopplung von 2D-Materialien mit ferromagnetischen Kontakten modellieren und den Unordnungseffekt und Spin-Bahn-Wechselwirkungen auf das Verhalten solcher Kontakte in spintronischen Devices studieren.Das Konsortium wird seine exzellenten Beziehungen zu verschiedenen Mitgliedern des FLAGSHIP Graphene Kernprojekts aufrechterhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien, Niederlande, Spanien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Paul J. Kelly; Professor Dr. Francois M. Peeters; Professor Dr. Angel Rubio; Professor Dr. Gotthard Seifert