Transferierbare zweidimensionale korrelierte Oxidlagen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Regina Dittmann; Professor Dr. Jochen Mannhart
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436610738

To2Dox strebt die Herstellung und Charakterisierung einer neuen Klasse von zweidimensionalen (2D) Lagen aus korrelierten Übergansmetalloxiden an, sowie deren Kombination mit konventionellen 2D van der Waals (vdW) Materialien in multifunktionalen Heterostrukturen. Freistehende 2D-Oxide beherbergen neuartige spontane und elektrisch schaltbare kollektive Zustände die durch elektronische Korrelationseffekte verursacht werden. Dadurch werden die funktionalen Eigenschaften konventioneller vdW Materialien bedeutend erweitert und wichtige Synergien mit dem Graphene Flagship Projekt erzeugt. Die neuartigen freistehenden korrelierten 2D Oxidlagen werden aus ultradünnen epitaktischen Oxidschichten hergestellt, die mit atomarer Kontrolle auf Opferschichten gewachsen werden. Die 2D Oxidlagen werden mit Methoden transferiert und manipuliert, die für konventionelle vdW Materialien entwickelt wurden. Wir werden uns insbesondere der Charakterisierung neuartiger Oberflächenrekonstruktionen und Defektstrukturen dieser 2D Oxide und deren Einfluss auf die funktionalen Eigenschaften widmen. Der Einfluss von Defekten auf die atomaren, elektronischen, magnetischen und vibronischen Eigenschaften wird mittels ab-initio Methoden auf Basis von hybriden Funktionalen berechnet. Heterostrukturen aus korrelierten 2D Oxiden und konventionellen vdW 2D werden neuartige Grenzflächen-Phänomemen ermöglichen, die in konventionellen 2D Systemen nicht auftreten. Diese werden wir ausnutzen, um steuerbare elektronische Grundzustände zu generieren, wie topologische Zustände, Spintexturen, die durch Spin-Bahn Wechselwirkung induziert werden, oder topologische Supraleitung.Unser Projekt wird die beiden hochaktuellen Forschungsfelder der oxidische Grenzflächen und der 2D vdW Materialien miteinander verknüpfen. Um die adressierten Ziele zu erreichen, werden wir Synergien zwischen einer großen Palette von komplementärer Expertisen schaffen. So enthält das Konsortium Experten im Bereich des epitaktischen Wachstums von Oxiden und deren atomaren Grenzflächenkontrolle, der Charakterisierung funktionaler Eigenschaften, der Charakterisierung und Manipulation von Defekten, der Bauelementherstellung sowie der Synthese, Manipulation und Charakterisierung von 2D vdW Materialien. Im Rahmen von To2Dox soll zum einen eine Erweiterung der Funktionalität konventioneller 2D Materialien auf robuste kollektive Zustände erfolgen und eine vollständig neue Familie von freistehenden 2D Materialien entwickelt werden. Zum anderen widmet sich das Projekt der Untersuchung und Realisierung einer vollständig neuen technologischen Plattform zur Ausbeutung neuartiger Quantenzustände in korrelierten Oxiden. Auf Basis dieser elektrisch steuerbaren kollektiven Ordnungszustände könnten neue Logik-Bauelemente entwickelt werden, die mit niedrigen Spannungen und Atto-Joule Leistungsverbrauch arbeiten würden und in Zukunft den hohen Energieverbrauch konventioneller CMOS Technologie umgehen könnten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Lettland, Spanien
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Mar Garcia Hernandez; Dr. Sergej Piskunov; Professor Dr. Jacobo Santamaria; Javier E. Villegas