Funktionalisierte 2D strukturierte Nanomaterialien für optoelektronische Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Carsten Rockstuhl
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465163297

2D-Materialien aus einzelnen Atomlagen ermöglichen spannende Anwendungen für die Optoelektronik. Entscheidend ist, dass unterschiedliche Materialien eine große Vielfalt an optoelektronischen Eigenschaften bieten. Beispiele sind eine einzigartige optische Absorption, die Transduktion oder Emission von Licht von Mikrowellen hin zu ultravioletten Frequenzen, die Fähigkeit, die Ladungsmobilität durch ultraschnelles Gating zu kontrollieren oder das Einbringen von Defekten zur Emission von einzelnen Photonen für Quantenanwendungen.Unendlich neue Möglichkeiten ergeben sich, wenn verschiedene monolagige Materialien gestapelt werden und Heterostrukturen mit steuerbaren Eigenschaften bilden. Zum Beispiel erlaubt die Kombination eine Graphenmonolage mit einer Monolage aus hexagonalem Bornitrid die Modulation der elektronischen Struktur von Graphen. Heterostrukturen, die verschiedene 2D-Materialien kombinieren, ergeben mikroskopisch kleine Lichtemitter. Und topologische Polaritonen treten in Zweischicht-Übergangsmetall-Dichalcogeniden auf.Während einige dieser Eigenschaften für unendlich ausgedehnte Schichten erforscht wurden, untersucht unser Projekt das Potenzial von nanostrukturierten 2D Materialien und darauf basierenden Heterostrukturen. Einzigartig in unserer Arbeit ist die Beschreibung mit einen Tight-Binding-Ansatz zur Berücksichtigung von Quanteneffekten, kombiniert mit einer Zeitentwicklung der Dichtematrix. Eine Master-Gleichung berücksichtigt die Entwicklung von der Elektronen auf der Nanostruktur bei externer Beleuchtung oder elektrischer Ansteuerung, einschließlich der Effekte, die sich aus Elektron-Elektron-Wechselwirkungen oder dem Vorhandensein von Defekten ergeben. Wir werden-den quantenmechanische Rahmen zur Modellierung der Dynamik der Elektronen unter Beleuchtung in verschiedenen Materialienstrukturen bereitstellen und darauf basierende optoelektronische Anwendung entwickeln.-die Methodik erweitern, um Nanostrukturen aus verschiedenen Materialien beschreiben zu können. Die Methode erlaubt uns, Bauelementen mit abstimmbaren elektronischen und optischen Eigenschaften zu entwerfen, z.B. elektro-optische Modulatoren, Elemente polaritonischer Schaltkreise oder Sensoren.-eine umfassende Untersuchung der Elektronendynamik in diesen Strukturen durchführen.Prototypische Anwendungen sind auf Nanostrukturen basierende lichtemittierende Bauelemente mit klassischen und nichtklassischen Eigenschaften. Durch die Kombination und relativen Orientierung verschiedener Monolagen kontrollieren wir die spektralen Eigenschaften dieser Quellen und ihre Abstrahlcharakteristik. Wir untersuchen, wie die Energieeigenschaften solcher auf Nanostrukturen basierenden Quellen durch eine externe elektrische Ansteuerung kontrolliert werden können und werden miniaturisierte elektrooptischer Modulatoren entwickeln. Wir werden das Tunneln von Elektronen durch isolierende Barrieren in Nanostukturen für nanoskalige abstimmbare Tunneltransistoren untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartnerin: Dr. Karolina Slowik