Neue Wege in der Nanofabrikation: Vertikale Heterostrukturen aus nanostrukturierten zweidimensionalen Materialien

01.06.2022 bis 31.05.2025

Zweidimensionale Materialien lassen sich in beliebiger Weise aufeinanderstapeln. Auf diese Weise lassen sich die aufgrund der ihnen zugrunde liegenden Bindung so genannten „van der Waals Heterostrukturen“ gezielt herstellen. Da jede Ebene nur ein oder wenige Atome dick ist, ergibt sich durch das Aufeinanderstapeln eine Kontrolle über die Materialstruktur entlang einer Dimension mit nahezu atomarer Auflösung. Außerdem lassen sich isolierte, freitragend aufgehängte 2D Materialien mit sehr hoher Auflösung mittels fokussierter Elektronen- oder Ionenstrahlung strukturieren. Jedoch ist jedoch die Kontrolle über die Morphologie innerhalb jeder Ebene einer van der Waals Heterostruktur bisher nur sehr begrenzt möglich. In diesem Projekt werden wir einen grundlegend neuen Weg zur Herstellung von fast beliebigen 3D Strukturen erforschen. Dazu kombinieren wir die Möglichkeiten zur Strukturierung von 2D Materialien mittels fokussierter Elektronen- und Ionenstrahlung mit der Zusammensetzung von einzelnen Atomlagen in Heterostrukturen. Mit einer Definition von Strukturen in jeder Ebene, vor dem gezielten Aufeinanderstapeln, sollten im Prinzip beliebige 3D Strukturen erzeugt werden können. Dies entspricht dem Konzept des 3D-Druckens, mit dem Unterschied, dass die einzelnen Lagen nur ein Atom dünn sein können und die Strukturierung in jeder Ebene voraussichtlich mit sub-nanometer Auflösung möglich sein sollte. In Zusammenhang mit der Strukturierung werden wir insbesondere auch untersuchen, wie sich die Eigenschaften der Materialien durch die Nanostrukturierung und auch in Kombination mit der Wechselwirkung zwischen den Lagen gezielt verändern lassen. Zu diesem Zweck werden wir die resultierenden Strukturen mittels Transmissions-Elektronenmikroskopie, Ramanspektroskopie und anderen optische Methoden, sowie Transportmessungen untersuchen. Die experimentellen Ergebnisse werden mit Hilfe von detaillierten Simulationen analysiert. Die Simulationen sollen auch helfen, optimale Parameter für die Nanostrukturierung und zur Beeinflussung der Eigenschaften zu finden. Insgesamt wird das Projekt neue Materialstrukturen, neue Möglichkeiten für die gezielte Beeinflussung von Materialeigenschaften und neue Wege zur Herstellung von nanostrukturierten Bauelementen ermöglichen.