Struktur und Eigenschaften in modifizierten 2D Materialien

Die Vielfalt in den bekannten niedrigdimensionalen Materialien mit ihren faszinierenden Eigenschaften und vielseitigem Anwendungspotenzial ist in den letzten Jahren explosiv angewachsen. Für dieses Proposal liegt der Fokus auf zweidimensionalen Materialien, insbesondere Graphene und in gleichem Maße andere 2 D Materialien wie Molybdendisulfid, Niobdiselenid, hexagonales Bornitrid, Mono-lagen Bismuth Strontium Calcium Kupferoxid (BSCCO) und verwandte Systeme. Im Idealfall zeigen viele dieser Materialien einzigartige elektronische, mechanische, chemische oder thermische Eigenschaften. Jedoch sind Modifikationen, wie z.B. Dotierungen, Amorphisierung, Funktionalisierung, oder Kombinationen (Heterostrukturen) dieser Materialien notwendig um die Eigenschaften zu justieren, aktive Bereiche zu definieren, sie zu strukturieren, in elektronischen Schaltkreisen zu kombinieren; z.T. sind diese Veränderungen aber auch unvermeidbar in der Synthese oder Prozessierung. Weiterhin kann man durch Modifikation der vorhandenen 2-D Strukturen auch neue 2-D Materialien herstellen, zu denen es keine entsprechenden 3-D Systeme gibt.
Das Ziel dieses Projekts sind maßgebliche Fortschritte im Verständnis der Zusammenhänge zwischen Struktur und Eigenschaften auf atomarer Ebene, sowie in der atomar kontrollierten Modifikation der Materialien. Zu diesem Zweck werden mehrere ortsaufgelöste Methoden kombiniert, um sowohl strukturelle als auch elektronische oder mechanische Eigenschaften auf der atomaren Skala von einzelnen Defekten, funktionellen Gruppen, Dotierungen oder Adsorbaten zu ermitteln. Mit Hilfe von atomar fokussierten Elektronenstrahlen untersuchen wir Material-Modifikationen wie z.B. die Erzeugung von Fehlstellen, Einbringung von Dotierungen, oder die Strukturierung von Defekten in vorgegebenen Mustern. An denselben Strukturen werden wir mittels Elektronen-Energieverlustspektroskopie, Analyse von Ladungsverschiebungen in hochauflösenden Transmissions-Elektronenmikroskopie-Bildern, sowie Raster-Tunnelmikroskopie und -spektroskopie die elektronischen, optischen und mechanischen Eigenschaften einzelner Modifikationen lokal zu untersuchen. Insgesamt wird dieses Projekt neue Wege zu gezielten Modifikation von 2D Materialien eröffnen sowie das Verständnis im Zusammenhang von Struktur und anderen Eigenschaften deutlich erweitern.