Optimierung der elektronischen Struktur von Übergangsmetalldichalkogenid-Monolagen mittels Dipol-Engineering durch molekulare Adsorbate

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Thomas Chassé; Professor Dr. Alfred J. Meixner; Professor Dr. Heiko Peisert; Professorin Dai Zhang, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511577598

Einzellagen aus Übergangsmetalldichalkogeniden (ÜMDC) wie MoS2 oder MoSe2 werden aufgrund ihrer faszinierenden elektronischen und optischen Eigenschaften intensiv untersucht. Mögliche Anwendungen in der Mikro und Nanooptoelektronik schließen beispielsweise Feldeffekttransistoren, die thermoelektrische Stromerzeugung oder Photodetektoren ein. Die quasi zweidimensionale Struktur dieser Materialien bedingt, dass praktisch alle Atome direkten Kontakt zur Kristalloberfläche haben, wenn sie auf eine kristalline Oberfläche abgelegt werden, was die elektronischen Eigenschaften von ÜMDCs in hohem Maße abhängig von Oberflächendefekten und Adsorbaten macht. Während die Synthese von zweidimensionalen ÜMDCs in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht hat und viele dieser Verbindungen mittlerweile in hoher Qualität kommerziell verfügbar sind, ist eine grenzflächeninspirierte Strategie zur kontrollierten Veränderung der elektronischen Struktur an der Oberfläche noch nicht verfügbar. Hier setzt dieses Forschungsprojekt an. Dem Projekt liegt die Hypothese zu Grunde, dass sich die optoelektronischen Eigenschaften von ÜMDCs durch Adsorption von organischen π- Systemen und die gezielte Einstellung des Dipols an der so gebildeten Grenzfläche kontrollieren lassen. Als π-Systeme verwenden wir dafür Moleküle aus der Klasse der fluorierten Metallphthalocyanine und Porphyrine, welche durch chemische Modifizierungen (Fluorierungsgrad sowie die Wahl des Metallzentrums) eine gezielte Einstellung von Grenzflächen-eigenschaften zu ÜMDCs erlauben. Das betrifft insbesondere die Grenzflächendipole, die Energieniveauausrichtung und den Ladungstransfer. Zur Bestimmung der lateral ausgemittelten, elektronischen Grenzflächeneigenschaften werden in diesem Projekt photoemissionsbasierte Techniken eingesetzt. Mittels ortsaufgelöster Raman-, Fluoreszenz und Rastertunnelmikroskopie werden sowohl die Auswirkungen der Energieniveauausrichtung und die Orientierung von Dipolen an den Grenzflächen auf die optischen Eigenschaften der ÜMDCs untersucht sowie deren lokale Abweichungen in Form von Defekten aufgeklärt. Elektrische Transportmessungen geben Aufschluss über die Auswirkungen der Adsorbate auf die elektronischen Eigenschaften der Lagen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Marcus Scheele; Dr. Stefan Schuppler