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.
