Exziton-Polariton-Quasiteilchen in 2D Ruddlesden-Popper-Perowskiten, untersucht durch komplementäre volloptische und Elektronenstrahl-Spektroskopie

• Antragstellerin: Professorin Nahid Talebi, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554905035

Van-der-Waals-Materialien sind eine Plattform für innovative Materialfunktionen von der Mechanik über die Elektronik bis hin zur Optoelektronik. Insbesondere werden Quasiteilchen-Wechselwirkungen in diesen Materialien und Hybridsystemen aufgrund neuartiger Quanten-korrelationen, quantenoptischer Eigenschaften und starker Licht-Materie-Wechselwirkungen untersucht. Unser Vorschlag konzentriert sich auf die Optimierung der Materialeigenschaften von Perowskiten und die Untersuchung ihrer optischen Eigenschaften im Hinblick auf starke Kopplungseffekte von Exzitonen mit Photonen. Ziel ist es, ein stabiles, hochwertiges zweidi-mensionales Ruddlesden-Popper-Perowskit (RPP) Materialsystem mit einstellbaren Exzito-nenenergien zu erzeugen. Wir untersuchen Exzitonen-Polaritonen in RPP, gekoppelt an hochwertige plasmonische Hohlräume und photonische Kristallstrukturen, unter Verwendung fortgeschrittener Charakterisierungstechniken wie der tiefen Subwellenlängen-Kathodolumineszenz-Spektroskopie. Ziel ist es, die Photophysik von Perowskiten durch Kopplung mit photonischen und plasmonischen Hohlräumen so zu gestalten, dass Superradi-anz- und Superfluoreszenzeffekte möglich werden. Wir verwenden eine systematische, kontrollierte Synthesestrategie für stabile RPP-Kristalle, gefolgt von mechanischer Exfoliation und Einbettung. Die Untersuchung verschiedener mole-kularer Barrieresysteme und die Kontrolle der Kristallformen sollen spezifische Exzitonen-energien bei Raumtemperatur ermöglichen. Die synthetisierten RPPs werden mit präzise ge-formten plasmonischen Hohlräumen und Kristallen kombiniert, um eine verbesserte Kopp-lung mit Photonen durch die Nutzung photonischer Moden in leeren plasmonischen Struktu-ren zu ermöglichen, die Exziton-Plasmon-Wechselwirkung zu untersuchen und die Band-struktur von plasmonischen Kristallen durch starke Exziton-Plasmon-Wechselwirkungen aktiv zu kontrollieren. Zur Charakterisierung verwenden wir eine Kombination optischer Techni-ken, einschließlich Photolumineszenzspektroskopie, Reflexions- und Transmissionsspektro-skopie und Kathodolumineszenzspektroskopie in einem Rasterelektronenmikroskop. Unser Vorschlag verbindet Fachkenntnisse in Materialsynthese und Nanooptik. In einem ers-ten Schritt untersuchen wir systematisch verschiedene Faktoren für die Synthese stabiler RPPs. Im zweiten Schritt adressieren wir Schlüsselfragen zu Wechselwirkungen zwischen Photonen und Exzitonen in RPPs. Wir messen nicht nur die Dispersion von Exziton-Polaritonen mittels linearer optischer Spektroskopie, sondern visualisieren auch ihre Ausbrei-tungsdynamik und -länge mit tief subwellenlängigen Charakterisierungstechniken. Zudem untersuchen wir die Dephasierungszeit von Exziton-Polaritonen, insbesondere die Rolle von Ausbreitungsverlusten und Strahlungszerfall bei ultraschneller Dephasierung. Unsere Arbeit wird das Gebiet der Exziton-Polaritonen und starken Kopplungseffekte sowie die optoelektro-nischen Anwendungen von Perowskiten wesentlich beeinflussen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Iran
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Sara Darbari