Moiré-verstärkte Infrarot-Photodetektion und THz-Emission in verdrehten Graphen-Übergittern

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Stampfer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471733165

Licht-Materie-Wechselwirkungen sind grundlegend für den Betrieb von moderner Optoelektronik. In den letzten zehn Jahren haben sich Graphen und artverwandte 2D Materialien (GRMs) als vielversprechend für die Optoelektronik erwiesen, u. a. durch ihr Gate-steuerbares Verhalten als optischer Modulator, ihre ultraschnelle Detektion und ihre THz-Eigenschaften. Graphen selbst weist eine schwache optische Absorption (2,3 %) auf, weshalb die Ausnutzung seiner breitbandigen optischen Eigenschaften die Integration von externen Bauelement-Architekturen erfordert. Im Gegensatz dazu weisen verdrehte Graphen-Übergitter (TBG) deutlich andere Eigenschaften auf, da das Potential des moiré-Übergitters die Bandstruktur von Graphen stark verändert, wodurch außergewöhnlich schmale Energiebänder und spektrale Energielücken im Bereich von 10-100 meV entstehen. Daher zeigt ihre intrinsische optische Leitfähigkeit dank der moiré-induzierten elektronischen Rekonstruktion ein starkes Antwortverhalten im mittleren Infrarot- und THz-Bereich auf. In Kombination mit anderen einzigartigen Eigenschaften, wie der außergewöhnlich hohen Zustandsdichte und den in-situ durchstimmbaren topologischen Bändern, ist TBG ein vielversprechender Kandidat für eine neue Generation von optoelektronischen Bauelementen im Infrarot- und THz-Bereich. Das Projekt PhotoTBG zielt darauf ab, die grundlegenden Licht-Materie-Wechselwirkungen von TBG im linearen und nichtlinearen Antwortbereich zu untersuchen. Das erste Ziel ist die Untersuchung der intrinsischen Infrarot- und THz-Photoleitfähigkeit von TBG im linearen Antwortbereich, wobei neue Mechanismen für die elektrische Durchstimmbarkeit und eine durch die Topologie verbesserte Photoanregung aufgezeigt werden sollen. Das zweite Ziel konzentriert sich auf die Suche nach Bloch-Oszillationen - eines der ältesten und dennoch schwer greifbaren Phänomene in der Physik der kondensierten Materie - was den Weg für eine neue Generation von THz-Quellen ebnen soll.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz, Spanien
• Mitverantwortlich: Dr. Bernd Beschoten
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jèrôme Faist; Professor Dr. Frank Koppens; Dr. Roshan Krishna Kumar; Professor Dr. Giacomo Scalari