Spin-Dynamik von Exzitonen, Ladungsträgern und Kernen in Metallhalogenid-Perowskit-Nanostrukturen

• Antragsteller: Professor Dmitri Yakovlev, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527080192

Das Ziel des Projekts ist es, die Energie- und Spinstruktur von Exzitonkomplexen in niedrigdimensionalen Metallhalogenid-Perowskit-Nanostrukturen (Nanokristalle und 2D-Schichten) zu untersuchen und die Rolle des Quanteneinschlusses auf die spinabhängigen Parameter und Phänomene zu klären. Wir planen technologische und experimentelle Studien, die durch die Zusammenarbeit mit Theoretikern ergänzt werden. Die synthetisierten Proben werden vollständig anorganische und organisch-anorganische Bleihalogenid-Perowskit-Nanokristalle verschiedener Größe und chemischer Zusammensetzung sowie 2D-Schichtmaterialien mit einer Dicke im Bereich von 1 bis 5 Monoschichten beinhalten. Außerdem werden 2D-Proben hergestellt werden, bei denen im Sinne der Herstellung bleifreier Materialien Pb durch Sn ersetzt wird oder alternativ mit magnetischen Mn-Ionen dotiert wird, um die Physik verdünnter magnetischer Halbleiter zu untersuchen. Für die Experimente werden wir optische Techniken mit niedrigen Temperaturen, hohen Magnetfeldern bis zu 60 T, Polarisationsanalyse, Zeitauflösung im zeitlichen Bereich von 200 fs bis Sekunden und hoher spektraler Auflösung verwenden. Wir werden spin-abhängige Phänomene und die Spindynamik von wechselwirkenden Spinsystemen aus Ladungsträgern (Elektronen und Löchern), Exzitonen (neutral und geladen) und Kernspins betrachten, indem wir g-Faktoren, Spinrelaxations- und Spinkohärenzzeiten messen und die Mechanismen der Spin-Spin-Wechselwirkung aufklären. In Mn-dotierten Proben tritt zusätzlich eine Wechselwirkung mit lokalisierten Mn-Spins auf, was typischerweise zu riesigen magneto-optischen Effekten führt. Wir werden nach neuen physikalischen Phänomenen und neuen Regimen bereits bekannter Phänomene suchen, die durch die einzigartigen Eigenschaften der Perowskite hervortreten. Die gewonnenen Erkenntnisse werden zur Optimierung perowskitbasierter Technologien, der Eigenschaften von lichtemittierenden Bauelementen und zum Testen der Nutzbarkeit der Perowskit-Nanostrukturen für Anwendungen in der Spintronik genutzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartner: Professor Maksym Kovalenko, Ph.D.