Festkörperphysik
In der Arbeitsgruppe Festkörperphysik werden ultradünne 2D-Materialien mit Methoden der Oberflächenforschung präpariert und charakterisiert. Ausgehend vom prototypischen Graphen (Physiknobelpreis 2010), das aus einer monoatomaren Schicht Kohlenstoff besteht, sind in den letzten Jahren zahlreiche weitere Mitglieder dieser Materialklasse entdeckt worden, so dass sich 2D-Materialien als eigenes Forschungsfeld etablieren konnten.
Unsere wichtigste Untersuchungsmethode ist die Rastertunnelmikroskopie (STM), mit der atomare Auflösung erreicht werden kann. Wir präparieren fortgeschrittene 2D-Materialien wie Komposite aus ultradünnen Halbleitern oder zweidimensionalen ferroelektrischen Materialien unter genau kontrollierten Bedingungen, und modifizieren diese Schichten gezielt, um z. B. eine Dotierung zu bewirken oder die Wechselwirkung mit potenziell störenden Gasen aus der Umgebung zu untersuchen. In den letzten Jahren konnten wir so unter anderem zeigen, dass man aus MoS2 und WS2 eine ultradünne Diode herstellen und eine Präparationsmethode für 2D Ferroelektrika entwickeln.
Unser Forschungsprofil
In der Arbeitsgruppe Festkörperphysik werden ultradünne 2D-Materialien mit Methoden der Oberflächenforschung präpariert und charakterisiert. Ausgehend vom prototypischen Graphen (Physiknobelpreis 2010), das aus einer monoatomaren Schicht Kohlenstoff besteht, sind in den letzten Jahren zahlreiche weitere Mitglieder dieser Materialklasse entdeckt worden. Theoretisch sind sogar einige hundert verschiedene Materialien möglich, von denen allerdings nur sehr wenige bereits synthetisiert werden konnten.
Unsere wichtigste Untersuchungsmethode ist die Rastertunnelmikroskopie (STM), mit der atomare Auflösung erreicht werden kann. Wir präparieren fortgeschrittene 2D-Materialien wie Komposite aus Graphen und hexagonalem Bornitrit oder ultradünne Halbleiter wie MoS2 unter genau kontrollierten Bedingungen, und modifizieren diese Schichten gezielt, um z. B. eine Dotierung zu bewirken oder die Wechselwirkung mit potenziell störenden Gasen aus der Umgebung zu untersuchen. In den letzten Jahren konnten wir so unter anderem zeigen, dass man Elektronen in Quantenpunkten aus Graphen einsperren kann, in welcher Form Graphen durch den Beschuss mit energetischen Ionen beschädigt wird, und wie es schaffen, zwischen 2D-Materialien und ihre Unterlage zu kriechen (Interkalation).
Forschungsschwerpunkte
- Ultradünne 2D-Materialien
- Methoden der Oberflächenforschung
- Präperation und Charakterisierung
- Rastertunnelmikroskopie (STM)
Publikationen
Two Phases of Monolayer Tantalum Sulfide on Au(111)
Two Phases of Monolayer Tantalum Sulfide on Au(111)
Electronic Structure of Quasi-Freestanding WS2/MoS2 Heterostructures
Electronic Structure of Quasi-Freestanding WS2/MoS2 Heterostructures
Sulfur Structures on Bare and Graphene-Covered Ir(111)
Sulfur Structures on Bare and Graphene-Covered Ir(111)
Comprehensive tunneling spectroscopy of quasifreestanding MoS2 on
graphene on Ir(111)
Comprehensive tunneling spectroscopy of quasifreestanding MoS2 on
graphene on Ir(111)
Lifting Epitaxial Graphene by Intercalation of Alkali Metals
Lifting Epitaxial Graphene by Intercalation of Alkali Metals
Charge density wave phase of VSe2 revisited
Charge density wave phase of VSe2 revisited
Tomonaga-Luttinger Liquid in a Box: Electrons Confined within MoS2
Mirror-Twin Boundaries
Tomonaga-Luttinger Liquid in a Box: Electrons Confined within MoS2
Mirror-Twin Boundaries
Resonance Raman Spectrum of Doped Epitaxial Graphene at the Lifshitz
Transition
Resonance Raman Spectrum of Doped Epitaxial Graphene at the Lifshitz
Transition
Modifying the geometric and electronic structure of hexagonal boron
nitride on Ir(111) by Cs adsorption and intercalation
Modifying the geometric and electronic structure of hexagonal boron
nitride on Ir(111) by Cs adsorption and intercalation
Suppression of Quasiparticle Scattering Signals in Bilayer Graphene Due
to Layer Polarization and Destructive Interference
Suppression of Quasiparticle Scattering Signals in Bilayer Graphene Due
to Layer Polarization and Destructive Interference
Molecular beam epitaxy of quasi-freestanding transition metal disulphide
monolayerson van der Waals substrates: a growth study
Molecular beam epitaxy of quasi-freestanding transition metal disulphide
monolayerson van der Waals substrates: a growth study
Valleys and Hills of Graphene on Ru(0001)
Valleys and Hills of Graphene on Ru(0001)
Mögliche Abschlussarbeiten
Themen für Bachelor- und Masterarbeiten
Präperation von zweidimensionalem Germaniumselenid (GeSe)
GeSe ist ein neuartiges 2D-Material, welches durch seine ferroelektrischen Eigenschaften auch potenzielle Anwendungen in ultrakleinen Datenspeichern hat. Wir beobachten, dass die Struktur dieses Materials sehr empfindlich von den Präparationsbedingungen, insbesondere der Wachstumstemperatur abhängt. In diesem Projekt soll daher die Präparation perfektioniert und teileweise automatisiert werden, um das Phasendiagram vollständig erforschen zu können.
Untersuchung der Insektenhaut mittels AFM
Die Cuticula ist – vereinfacht ausgedrückt – die Haut der Insekten. Sie besteht aus Chitin und Proteinen und hat neben der Schutzfunktion noch weitere Aufgaben in Sensorik und Bewegung. Wir konnten kürzlich am Beispiel eines Fliegenauges zeigen, dass sich unser AFM zur Abbildung solcher biologischer Systeme eignet. Dies soll in diesem Projekt weiterentwickelt werden. Unter anderem können in
Zusammenarbeit mit der AG Merzendorfer (Molekulare Physiologie) Wachsschichten auf Käferflügeln bezüglich Struktur und Reibungseigenschaften untersucht werden.
Kagome Struktur
Das Kagome-Gitter ist besitzt interessante elektronische und magnetische Eigenschaften, die insbesondere in der Theorie intensiv untersucht werden. Experimentelle Realisierungen, insbesondere für zweidimensionale Materialien, sind allerdings noch selten. Wir haben kürzlich ein solches Material gefunden, es besteht aus Ta- und S-Atomen auf einer Goldoberfläche. In dieser Bachelorarbeit soll die Präparation der Kagome-Struktur verbessert werden, damit Struktur und Eigenschaften eindeutig analysiert werden können.
Ultradünne Janus-Membrane
Janus-Membrane sind Filme, die auf den gegenüberliegenden Seiten unterschiedliche Eigenschaften haben. Die ultimativen Janus-Membrane sind 2D-
Materialien, die auf kleinstem Raum gegensätzliche Merkmale zeigen können. Durch die unterschiedlichen Atome auf beiden Seiten entsteht ein eingebautes elektrisches Feld, was diese Materialien auch für Photovoltaik interessant macht. Wir haben einen vielversprechenden neuen Prozess zur Herstellung solcher Membrane erarbeitet, der jetzt in dieser Masterarbeit praktisch umgesetzt werden soll.
Controlled preparation of tips for scanning tunneling microscopy
Scanning tunneling microscopy (STM) allows the characterization of surfaces on the atomic scale. The tip of the STM is the most important and most delicate part, and its preparation is crucial for all measurements. In this project, an existing setup for
tip preparation will be optimized with the goal of a routine fabrication of reliable tips for our ultra-high vacuum microscopes.
Optimizing the preparation of ultrathin materials
Transition metal dichalcogenides are an important subgroup of 2D materials. We prepare them under highly controlled conditions using Molecular Beam
Epitaxy (MBE). This project focuses on fine-tuning growth conditions, leveraging control electronics, implementing feedback loops, and advancing automation. You will work hands-on with state-of-the-art tools to optimize the growth process.
Werkstatt „2D-Materialien“ für den Studientag Physik
Jedes Jahr bietet das Department Physik einen Studientag an, bei dem sich physikinteressierte Schülerinnen und Schüler der Oberstufe über unsere Forschungsthemen informieren können. In diesem Projekt soll dafür ein Workshop entwickelt werden in dem das Forschungsfeld der zweidimensionalen Materialien
entdeckt werden kann.
Rastertunnelmikroskopie an der Schule
Die Rastertunnelmikroskopie (STM) ist eine der wichtigsten Untersuchungsmethoden der Nanotechnologie, mit der man Oberflächen atomar aufgelöst abbilden kann. Hier soll auf Basis eines vorhandenen Praktikumsversuchs ein transportables Mikroskop aufgebaut werden, mit dem an Schulen eine Unterrichtsreihe zum STM durchgeführt werden kann.
Kontakt zur Arbeitsgruppe
Postadresse
Universität Siegen
Fakultät IV, Department Physik
Festkörperphysik, AR-NL 340
Adolf-Reichwein-Str. 2
57068 Siegen
Besucheradresse
Universität Siegen
Fakultät IV
AR-NL Ebene 3
Adolf-Reichwein-Str. 2
57076 Siegen
Weitere Informationen
Bitte wenden Sie sich an Prof. Carsten Busse.