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Projekt
Kompression von gestapelten 2D Materialien: von Naheffekten zur metastabilen Hybridisierung
Antragsteller
Professor Dr. Roland Bennewitz
Fachliche Zuordnung
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung von 2020 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443275141
Zweidimensionale (2D) Materialien werden durch starke chemische Bindungen zwischen den Atomen einer Ebene und eine schwache physikalische Wechselwirkung zwischen den Lagen gebildet. Sie zeichnen sich durch eine außerordentliche mechanische Festigkeit in der Ebene und eine gleichzeitige hohe Flexibilität aus. Die Einschnürung des elektronischen Systems auf zwei Dimensionen führt zu einigen bemerkenswerten Eigenschaften, wie zum Beispiel einer hohen Beweglichkeit der Ladungsträger in Graphen und einer starken Spinkopplung in MoS2. Im Schwerpunktprogram werden neuartige physikalische Phänomene in gestapelten 2D Materialien erforscht, in denen die Nachbarschaft der Lagen zu kollektiven elektronischen Zuständen führt. In diesem Projekt erforschen wir einen Bereich von mechanischen Eigenschaften und elektrischer Leitfähigkeit, der sich erst aus einer Kompression der Lagen durch einen starken äußeren Druck ergibt. Wenn der Abstand zwischen den Lagen abnimmt, können sogar temporäre chemische Bindungen zustande kommen. Diese Hybridisierung hat einen dramatischen Einfluss auf die Leitfähigkeit und die mechanischen Eigenschaften. Wir werden die nanoskalige, leitfähige Spitze eines Rasterkraftmikroskops benutzen, um sowohl den Druck einzubringen als auch die Eigenschaften des Materials zu untersuchen. Atomare Empfindlichkeit und Auflösung werden durch Messung an sehr sauberen Proben im Ultrahochvakuum erreicht. Die Dynamik der Wechselwirkung zwischen den Lagen wird in atomaren Reibungsexperimenten untersucht, in denen Gleitgeschwindigkeit und Temperatur variiert werden. Solche Experimente zeigen die Dissipation an, die sich aus temporärer Bildung chemischer Bindungen ergibt und bestimmen deren Lebensdauer. Gleichzeitig wird die elektrische Leitfähigkeit gemessen, für die eine starke Änderung durch die Hybridisierung erwartet wird. Diese Projekt ist Teil einer Kollaboration, in der die Herstellung von gestapelten Heterostrukturen aus 2D Materialien mit größter struktureller Reinheit angestrebt wird. In einer weiteren Kollaboration mit theoretisch arbeitenden Gruppen sollen die druckinduzierten Veränderungen der mechanischen Eigenschaften und des elektrischen Transports im Vergleich mit atomistischen Simulationen der Bindungsprozesse untersucht werden. Das Verständnis der Phänomene, die sich aus der Kompression gestapelter 2D Materialien ergeben, soll zum Bau neuartiger flexibler Elektronik und zur Entwicklung drucksensitiver Bauteile beitragen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
