Moiré Excitonen Dynamiken in verdrehten MoS2/WS2 Schichten

Wenn man in der Materialforschung von zweidimensionalen (2D) Materialien spricht, versteht man darunter einen sehr dünnen Film, welcher aus nur einer Atomschicht besteht. Das wohl berühmteste Beispiel dafür ist Graphen. Es ist eine planare Kohlenstoff Verbindung und wird von dreidimensionalem (3D) Graphit durch Exfolieren gewonnen. Dabei wird ein Klebeband vorsichtig von dem 3D Material abgelöst. Als Resultat befindet sich auf dem Klebeband eine Atomschicht dicke Lage aus Kohlenstoff Verbindungen mit außergewöhnlichen mechanischen und elektronischen Eigenschaften, wie einer Festigkeit welche bis zu hundert Mal stärker sein kann als jene von Stahl und einer Leitfähigkeit 1 000 000 Mal höher als jene von Kupfer. Im Jahr 2010 wurde diese Methode erstmals erfolgreich an Molybdändisulfid (MoS2) angewandt, einem so genannten Übergangsmetall-Dichalkogenide (english: transition metal dichalcogenides - TMDs). TMDs sind Halbleiter deren optische, thermische und elektronische Eigenschaften beim Übergang vom 3D zum 2D Material drastisch geändert werden und dessen Leitfähigkeit bei Belichtung zunimmt. Die Absorption im sichtbaren Bereich ist zB höher in dünnen Schichten, und die Beweglichkeit von Elektronen ändert sich je nach Anzahl der dünnen Schichten. Man kann das Verhalten von Elektronen und Lichtabsorption weiter beeinflussen, indem man mehrere Schichten verschiedener TMDs wie MoS2 und Wolfram(IV)-sulfid (WS2) übereinanderstapelt und die dünnen Schichten zueinander verdreht. Verschiedene 2D TMDs können als optoelektronische Sensoren in Photodetektoren, Photovoltaikzellen, als Katalysatoren in der Wasserelektrolyse oder als Transistoren verwendet werden. Für all diese Anwendungen ist es wichtig zu verstehen, wie der Ladungstransfer zwischen benachbarten dünnen Schichten funktioniert. In unserem Forschungsprojekt beschäftigen wir uns genau damit. Wir stellen unterschiedliche dünne Schichten von MoS2/WS2 her und kontrollieren den Elektronentransport zwischen den Schichten, indem wir die Orientierung der Schichten zueinander verändern. Dann regen wir die Proben mit einem Laser an und messen den Stromfluss zwischen den benachbarten Atomschichten.