Qantenpunkte eingebettet in entkoppelte Graphen-Nanobänder

Ziel dieses Projektes besteht darin, elektronisch entkoppelte Graphen-Nanobänder sowie elektronisch entkoppelte Quantenpunkte basierend auf Graphen-Nanobänder auf Kupfer-, Silber- und Goldoberflächen zu untersuchen. Frühere Studien haben gezeigt, dass das Wachstum der Graphen- Nanostrukturen auf den zuvor genannten Metalloberflächen gut funktioniert. Da Metalle i.A. eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen, findet eine signifikante elektronische Wechselwirkung zwischen der Metalloberfläche und den Graphen-Nanostrukturen statt. Um die elektronischen Eigenschaften dieser Graphen-Nanostrukturen effizienter zu untersuchen, ist ein elektronisches Entkoppeln vom Metall von Nöten. Infolgedessen werden dünne isolierende Schichten auf den oben genannten Metalloberflächen gezüchtet. Anschließend werden die Graphen-Nanostrukturen auf die isolierende Schicht platziert. Dies gewährleistet eine (zum Teil) elektronische Entkopplung . Die Experimente werdenin einerUltrahochvakuumkammer, ausgestattet miteinemTieftemperatur- Rastertunnelmikroskop, ausgeführt.Mit Hilfe dieses Mikroskops kann die elektronische Oberflächenstruktur untersucht werden. Hierbei wird eine Metallspitze über die Metalloberfläche geführt und ein Strom (Tunnelstrom) zwischen Spitze und Metall gemessen. Dieser wird über einem Computer in eine elektronische Oberflächenstruktur bzw. Topographie überführt. Außerdem lassen sich elektronische Eigenschaften der Graphen-Nanostrukturen feststellen. Diese Untersuchungen geben einen tieferen Einblick in physikalischen Eigenschaften dieser Graphen-Nanostrukturen. Außerdem stellen die Untersuchungen ein großes Potential für zukünftige Technologien wie z.B. licht- emittierende Dioden, Fotodetektoren, Displays usw. dar.

Seit der Entdeckung von Graphene im Jahr 2004, welche 2010 mit dem Physiknobelpreis ausgezeichnet wurde, ist die Erforschung ultra-dünner zweidimensionaler (2D) Schichten von hohem Interesse. Im Allgemeinen bestehen 2D Materialien aus einer einzelnen atomdicken Schicht, welche sich in den physikalischen, sowie chemischen Eigenschaften deutlich von ihrer dreidimensionalen Festkörperform unterscheiden. Mein Projekt umfasste die Untersuchung 2D Filme, welche sich als Zwischenschicht für eine elektronische Entkopplung molekularer Strukturen (z.B. Graphene Nanobänder) vom elektrisch leitenden Substrat eignen. Ein Material mit vielversprechenden elektronischen sowie magnetischen Eigenschaften ist NiBr2 (Nickel-di-bromid). Im Rahmen meines Projektes versuchte ich zunächst eine 2D NiBr2 Schicht auf Au(111) (Gold Oberfläche mit (111) Vorzugsrichtung) herzustellen und in weiterer Folge zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass NiBr2 eine stabile 2D Schicht auf Au(111) bildet. Diese wurde anschließend mit oberflächensensitiven Methoden in einer Vakuumumgebung charakterisiert. Zusätzlich wurden magnetische Messungen durchgeführt und es konnte festgestellt werden, dass 2D NiBr2 intrinsischen Magnetismus aufweist. Grundsätzlich sind 2D magnetische Materialien äußerst selten und noch wenig erforscht. Um diese Materialien zu verstehen, ist es unumgänglich das System quantenmechanisch zu betrachten. Forschung auf diesem Gebiet haben großes Potential diese Art von Materialien zu einer nano-technologischer Anwendung (z.B. Spintronics) zu bringen. Da unsere Messungen bzgl. dem Wachstumsverhalten von NiBr2 auf Au(111) wissenschaftlich gesehen äußerst wertvoll waren, haben wir in weiterer Folge versucht, dieses quantenmechanische System mit einem weiteren quantenmechanischen System, nämlich Supraleitung, zu kombinieren. Vereinfacht gesagt ist Supraleitung ein quantenmechanischer Zustand, in dem sich Elektronen (d.h. der elektrische Strom) widerstandsfrei im Festkörper bewegen können. Die Idee war es, 2D Magnetismus und Supraleitung zu kombinieren um somit einen neuen exotischen Quantenzustand als Ganzes zu erzeugen. Folglich wurde NiBr2 auf das supraleitende Material NbSe2 (Niobium-di-selenid) aufgebracht. Es konnten stabile 2D NiBr2 Inseln und tatsächlich auch exotische Quantenzustände an der Grenzfläche zwischen NiBr2 und NbSe2 beobachtet werden. Diese Quantenzustände am Rand der Inseln werden zurzeit heiß diskutiert und bergen ebenfalls immenses Potential für quantentechnologische technologische Anwendugen.