Plasmonische Anregungen in gekoppelten 2D-Quantenmaterialien

DFG-Forschungsgruppe der TU Chemnitz untersucht die Kopplung elektronischer Schwingungen an zinn-interkaliertem Graphen – Ihre neuesten Erkenntnisse werden im Journal „2D Materials“ vorgestellt

Die DFG-Forschungsgruppe „Proximity-induzierte Korrelationseffekte in niedrigdimensionalen Strukturen“ an der Technischen Universität Chemnitz (TUC) beschäftigt sich intensiv mit atomar dünnen Kohlenstoffschichten wie Graphen. Diese zweidimensionalen Materialien und ihre Heterostrukturen werden auch deshalb erforscht, da sie ungewöhnliche und neuartige Eigenschaften aufweisen. Das Ziel der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ist es, die in einem prototypischen 2D-Heterosystem auftretenden Korrelationseffekte zu untersuchen und diese gezielt zu manipulieren. Mit diesen Untersuchungen sollen weitere Grundlagen für neuartige Quantenmaterialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften und deren Anwendung, zum Beispiel in der Spintronik oder in der Elektronik, geschaffen werden. Aktuell steht unter anderem die Untersuchung von Plasmonen, also kollektiven Schwingungsanregungen von Elektronen, einschließlich solcher in interkaliertem Graphen, im Fokus der Arbeit der Forschungsgruppe. „Die bereits vorliegenden und publizierten Ergebnisse eröffnen neue Perspektiven für die Anwendung von Graphen-Plasmonen in der Lichtmanipulation und erweitern unser Verständnis der elektronischen Wechselwirkungen in zweidimensionalen Materialsystemen“, sagt Prof. Dr. Christoph Tegenkamp, Inhaber der Professur Analytik an Festkörperoberflächen der TUC und Sprecher der DFG-Forschungsgruppe.

Seit der systematischen Realisierung von Graphen versuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit, dem Graphen durch Manipulation weitere Quanteneigenschaften zu verleihen. „Dabei setzten viele Forscherinnen und Forscher auf das Konzept der sogenannten Interkalation, mit dem sich neue 2D-Elektronengase an Grenzschichten von Materialien herstellen und sich in Wechselwirkung zum Graphen bringen lassen“, so Tegenkamp. „Im Vergleich zu vielen anderen Elementen lässt sich Zinn relativ leicht interkalieren, so dass sich unterschiedliche Grenzflächenphasen realisieren lassen. Diese Grenzflächenphasen wirken sich wiederum auf die plasmonischen Anregungen in der obersten Graphenlage aus“, fügt er hinzu. Anhand hochauflösender Experimente mittels der Elektronen-Energieverlustspektroskopie wurde innerhalb der DFG-Forschungsgruppe der Einfluss solcher Zinn-Grenzflächenschichten auf das Graphen im Detail analysiert, wie das Journal „2D Materials“ in seiner aktuellen Ausgabe berichtet.

„Die gezielte Auswertung der Plasmonenspektren hat uns gezeigt, dass wir mit dieser Methode über ein ideales Werkzeug verfügen, um auch vergrabene Quantenmaterialien zu charakterisieren“, erklärt Dr. Zamin Mamiyev, Post-Doktorand an der Professur Analytik an Festkörperoberflächen, der diese Studien durchgeführt hat. Das sind die ersten Untersuchungen dieser Art. In Zukunft sollen weitere Interkalationsphasen mit dieser Spektroskopie-Methode untersucht werden, um weitere Grundlagen für neuartige Quantenmaterialien und deren Anwendung zu schaffen.

Weitere Informationen erteilt Prof. Dr. Christoph Tegenkamp, Telefon 0371 531-33103, E-Mail christoph.tegenkamp@physik.tu-chemnitz.de.

Publikation: Exploring graphene-substrate interactions: Plasmonic excitation in Sn-intercalated epitaxial graphene; Zamin Mamiyev and Christoph Tegenkamp; 2D Materials https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2053-1583/ad1a70

DOI: 10.1088/2053-1583/ad1a70

Mario Steinebach
23.01.2024

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