Ladungsträgerdynamik fern vom Gleichgewicht in proximity gekoppeltem Graphen (FOR 5242)

Die Grenzfläche zwischen epitaktischem Graphen (EG) und SiC(0001) ist ein begrenzter Raum, der das Wachstum neuartiger zweidimensionaler Materialien (2DM) mit faszinierenden elektronischen Eigenschaften wie Mott-Isolatoren, Rashba-Materialien, Supraleitern und möglicherweise topologischen Isolatoren ermöglicht. Die resultierenden EG/2DM Heterostrukturen bieten eine faszinierende Plattform, um verschiedene proximity-induzierte Effekte in der Graphenschicht zu untersuchen. Das Hauptziel des vorliegenden Projekts ist es, den Einfluss der interkalierten 2DM auf die Ladungsträgerdynamik fern vom Gleichgewicht (LDFG) der Graphenschicht mit zeit- und winkelaufgelöster Photoemissionsspektroskopie (tr-ARPES) zu untersuchen. Zusätzlich zu den bekannten Effekten, wie z.B. der proximity-induzierten Spin-Bahn-Kopplung und der Supraleitung, wird die LDFG von EG durch zusätzliche Effekte, wie den ultraschnellen Ladungstransfer über die EG/2DM-Grenzfläche und photoinduzierte Phasenübergänge, beeinflusst.Bevor diese Hauptziele angegangen werden, schlagen wir vor, Confinement-Epitaxie zu nutzen, um Bienenwabengitter mit topologisch nicht-trivialen elektronischen Eigenschaften an der Grenzfläche zwischen EG und SiC(0001) zu stabilisieren und ein besseres Verständnis des Einflusses von strukturellen Defekten auf die LDFG von EG/SiC(0001) zu erhalten. Im Einzelnen werden in diesem Projekt die folgenden offenen Fragen behandelt:Können wir Bienenwabengitter mit topologisch nicht-trivialen elektronischen Eigenschaften an der Grenzfläche zwischen EG und SiC(0001) stabilisieren?Welchen Einfluss haben strukturelle Defekte auf die LDFG von Graphen? Ändert sich dieser Einfluss bei Vorhandensein eines proximity-gekoppelten 2DM?Gibt es einen ultraschnellen Ladungstransfer zwischen EG und dem 2DM?Können wir die LDFG verschiedener EG/2DM-Heterostrukturen durch Dotierung und Abschirmung kontrollieren?Wie wird die LDFG von Graphen durch die Anwesenheit eines topologischen Isolators, Mott-Isolators oder Supraleiters beeinflusst?Welchen Einfluss hat ein möglicher photoinduzierter Phasenübergang im 2DM auf die LDFG von EG?Um diese Fragen zu beantworten, werden wir verschiedene EG/2DM-Heterostrukturen mit durchstimmbaren Femtosekunden-Anregepulsen anregen und die LDFG der Heterostruktur als Funktion der Energie, des Impulses und der Zeit mit tr-ARPES untersuchen. Zu diesem Zweck wird ein extrem-ultravioletter Abfragepuls Photoelektronen aus der Probe auslösen. Diese Photoelektronen werden entsprechend ihres Emissionswinkels und ihrer kinetischen Energie mit einem halbkugelförmigen Analysator abgelenkt, so dass der auf einem 2D-Detektor abgebildete Photostrom direkt eine Momentaufnahme der transienten Ladungsträgerverteilung innerhalb der Bandstruktur der EG/2DM-Heterostruktur zeigt. Durch Variation der zeitlichen Verzögerung zwischen Anrege- und Abfragepuls können wir dann Zeitlupenfilme der LDFG sowie möglicher photoinduzierter Bandstrukturänderungen aufnehmen.