SPP 2244 - Teilprojekt: Miniband und Multivalley Physik korrelierter Elektronen in verdrehten Übergangsmetalldichalkogeniden

Grunddaten zu diesem Projekt

Beschreibung

Das zentrale Ziel des hier vorgestellten Projektes ist das grundlegende Verständnis elektronischer Korrelationseffekte und Quantenphasen in Moiré-Gittern aus dotierten Übergangsmetalldichalkogeniden (TMDCs). Hierfür planen wir einen Zugang mit eng verzahnten experimentellen und theoretischen Methoden.TMDCs bestehen aus einem Übergangsmetall M (Mo, W, usw.) und einem Chalkogen X (S, Se) und stellen eine wichtige Kategorie der sogenannten van der Waals (vdW) Materialien der Form MX2 dar. Vertikale [Hetero-]Strukturen bieten die einzigartige Möglichkeit beliebige dieser TMDCs unter genau einstellbaren Verdrehungswinkeln zu stapeln und Moiré-Übergitterstrukturen mit kontrollierbaren periodischen Potentialmodulationen zu erzeugen. In Verbindung mit den starken Wechselwirkungen in zweidimensionalen TMDCs, stellen solche vdW [Hetero-]Strukturen eine revolutionär neue Plattform dar, um elektronische Korrelationsphänomene und möglicherweise exotische elektronische Quantenphasen zu untersuchen und zu manipulieren.Periodische Moiré-Übergitterpotentiale können elektronische Bandstrukturen in verdrehten vdW [Hetero]Strukturen stark beeinflussen. Insbesondere die Familie der halbleitenden TMDCs, wie MoS2, WS2, MoS2, WSe2, bildet hierbei eine vielversprechende Materialplattform. In entsprechenden [Hetero-]Strukturen erwarten wir komplexes und neuartiges Zusammenspiel von Elektron-Elektron- und Elektron-Phonon-Wechselwirkungen mit Minibändern, starker Spin-Bahn-Kopplung und Multivalley-Effekten. Abhängig von der Materialkombination, dem Verdrehungswinkel und der Dotierung sollten in TMDC [Hetero]Strukturen starke Elektronenkorrelationen realisierbar sein, die diese Systeme in Mott-isolierende, supraleitende, magnetische, exzitonische oder andere (quasi)geordnete Zustände mit verwobenen Spin-, Valley- und Bandfreiheitsgraden treiben könnten.Unser Ziel ist es, das Zusammenspiel der oben genannten Freiheitsgrade und Wechselwirkungen zu verstehen. Eine zentral zu untersuchen Frage ist hierbei: Unter welchen Bedingungen werden korrelierte Elektronenzustände durch die Elektron-Phonon- oder durch die Elektron-Elektron-Wechselwirkung oder durch eine neuartige Kombination Beider hervorgerufen?Durch die spezielle Zusammensetzung unseres multidisziplinären Forschungsteams, sind wir in der Lage, die Physik elektronischer Quantenphasen in TDMC [Hetero]-Strukturen in einem gemeinsamen experimentellen und theoretischen Ansatz mit einer Vielzahl von Methoden zu entschlüsseln. Wir planen hierfür modernste Methoden wie Millikelvin-Magnetotransport unter Modulation mit akustischen Oberflächenwellen, Elektronenspinresonanz, Millikelvin-Interband-Magnetooptik und resonante inelastische Lichtstreuung von niederenergetischen kollektiven Anregungen einzusetzen. Komplementiert werden diese experimentellen Arbeiten durch materialrealistische Modellierung der Wechselwirkungs- und Korrelationseffekte von 2D-Materialsystemen.