Vielteilchenwechselwirkungen in zwei-dimensionalen Halogenid-Perowskiten: Exziton-Elektron Zustände und Elektron-Phonon Kopplung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Alexey Chernikov; Professorin Dr. Claudia Draxl; Professor Dr. David Egger
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424709454

Das vielseitige Interesse an anorganisch-organischen Perowskiten ist mitunter dadurch begründet, dass dieser Materialklasse eine Vielfalt an Nanostrukturen angehört. Die damit verbundene chemische und strukturelle Flexibilität bietet vielversprechende Wege zur Erforschung faszinierender neuer physikalischer Phänomene und deren Umsetzung in technologischen Anwendungen. Ein prominentes Mitglied dieser Materialklasse sind zweidimensionale (2D) Ruddlesden-Popper-Perowskite. Diese versprechen die Suche nach verbesserter Stabilität und Leistung optoelektronischer Bauteile zu beschleunigen, bieten Potenzial für hocheffiziente Solarzellen sowie Lichtemitter und stellen eine ideale Plattform für Grundlagenforschung der Vielteilchenphysik kondensierter Materie dar. Das Auftreten starker Wechselwirkungen, welche auf verschiedenen Zeitskalen aktiv sind und eine Reihe kollektiver Effekte steuern, motiviert umfassende konzeptionelle Studien der optoelektronischen Eigenschaften dieser Materialien. Es scheint, dass die wichtigsten Eigenschaften dieser Systeme in der Vielteilchenphysik verankert sind, was wir im Rahmen unserer geplanten Forschungsaktivitäten untersuchen und bestimmen wollen.Das Hauptziel unseres Projektes ist, grundlegende Einblicke in das Verhalten gekoppelter elektronischer und Schwingungsanregungen in 2D-Perowskiten zu gewinnen. Wir wollen ein umfassendes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen gekoppelten Zuständen aus Exzitonen und freien Ladungsträgern erlangen, indem wir den Einfluss von Exziton-Elektron Mischzuständen auf die Energiestruktur optischer Anregungen und deren Transportverhalten bestimmen. Hierfür werden akkurate experimentelle und theoretische Methoden entwickelt, um grundlegende Effekte der Elektron-, Exziton- und Phonon-Phonon-Kopplung für strukturell komplexe 2D-Perowskite zu verstehen und deren Einfluss auf technologisch relevante Parameter zu untersuchen. Dazu schlagen wir alternative Konzepte der Manipulation des Vielteilchensystems vor: die Kombination externer Kontrolle der freien Ladungsträgerdichten mit elektrischer Modulation sowie chemischer Synthesestrategien sollen eine Manipulation und Verbesserung der optoelektronischen Eigenschaften von 2D-Perowskiten ermöglichen.Um diese Ziele zu erreichen, werden wir speziell entwickelte Synthesemethoden mit fortschrittlichen experimentellen Techniken, wie zeitaufgelöste Mikroskopie, kombinieren. Eine Verschränkung mit theoretischer Methodik zur Berechnung der elektronischen-, optischen- und Schwingungseigenschaften, inklusive deren Zusammenspiel, ergibt unser geplantes Vorhaben, das in seiner wissenschaftlichen Agenda auf aktuelle Fragen an der Spitze eines schnell wachsenden Forschungsthemas abzielt. Das Zusammenspiel experimenteller und theoretischer Zugänge soll es uns ermöglichen, dieses Vorhaben erfolgreich umzusetzen und zur Lösung relevanter wissenschaftlicher sowie technologischer Fragestellungen im Feld hybrider Perowskit-Halbleiter beizutragen

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2196: Perowskit-Halbleiter: Von fundamentalen Eigenschaften zur Anwendung
• Internationaler Bezug: Großbritannien