Quantentransport in 2D-Materialien

Zweidimensionale van-der-Waals-Materialien wie Graphen stellen eine äußerst ergiebige Plattform für die Untersuchung und Entdeckung neuartiger Quantenphänomene dar. Besonderes Interesse gilt hier der Frage, inwiefern sich Ladungstransport bei kryogenen Temperaturen gezielt beeinflussen lässt. Dadurch gelingt es, eine Vielzahl an exotischen topologischen und korrelierten Effekten wie etwa unkonventioneller Supraleitung zu beobachten. Unser Ziel ist es, mithilfe dieser Experimente sowohl tiefere Einblicke in fundamentale physikalische Gesetzmäßigkeiten zu erlangen, als auch mögliche Kandidaten für die nächste Generation klassischer und Quantencomputer identifizieren zu können. Dementsprechend finden auch modernste Methoden wie Elektronenstrahllithografie und Nahfeldmikroskopie bei der Planung, Herstellung und Charakterisierung neuester Probensysteme ihre Anwendung.

Die wichtigsten Phänomene im Überblick:

• Konventionelle und unkonventionelle Supraleitung
  
• Wigner-Kristalle, Charge-Density Waves und andere korrelierte Isolatoren
  
• Ganzzahliger Quanten-Hall-Effekt und andere topologische Isolatoren
  
• Fraktionaler Quanten-Hall-Effekt und Anyonen
  

Weitere Lektüre:

• A. M. Seiler, F. R. Geisenhof, F. Winterer, K. Watanabe, T. Taniguchi, T. Xu, F. Zhang and R. T. Weitz, "Quantum cascade of correlated phases in trigonally warped bilayer graphene", Nature 608, 298–302 (2022) (article online)
  
• A. M. Seiler, M. Statz, C. Eckel, I. Weimer, J. F. Pöhls, K. Watanabe, T. Taniguchi, F. Zhang and R. T. Weitz, "Sliding Wigner crystals in bilayer graphene at zero and finite magnetic fields", arXiv:2408.16628 (2024) (article online)
  
• F. Winterer, F. R. Geisenhof, N. Fernandez, A. M. Seiler, F. Zhang and R. T. Weitz, "Ferroelectric and anomalous quantum Hall states in intrinsic rhombohedral trilayer graphene", Nature Physics 20, 422-427 (2024) (article online)
  

Project funding and collaborations

Ladungstransport in organischen Halbleitern

Organische Halbleiter sind für den Einsatz in der Energiegewinnung und für Transistorschaltungen in großflächigen elektronischen Bauelementen von Interesse. In diesem Zusammenhang ist es das Ziel unserer Forschung, das grundlegende Verständnis der (opto-)elektronischen Prozesse in organischen Materialien zu erweitern. Trotz der langen Geschichte der Forschung an organischen Halbleitermaterialien gibt es zum Beispiel immer noch eine Debatte über den vorherrschenden Ladungstransportmechanismus und der Frage nach dominanten Streu- und Dissipationsprozessen. Durch eine präzise Kontrolle der Morphologie von organischen kleinen Molekülen und Polymeren wollen wir den vorherrschenden Ladungstransportprozess innerhalb organischer Halbleiter und über Halbleiter-Heteroübergänge entschlüsseln.

Weitere Lektüre:

• J. Lenz, M. Statz, K. Watanabe, T. Taniguchi, F. Ortmann and R. T. Weitz, "Charge transport in single polymer fiber transistors in the sub 100 nm regime: temperature dependence and Coulomb blockade", J. Phy. Mater. 6, 015001 (2023) (Artikel online)
  
• L. S. Walter, A. Axt, J. W. Borchert, T. Kammerbauer, F. Winterer, J. Lenz, S. A. L. Weber and R. T. Weitz, "Revealing and Controlling Energy Barriers and Valleys at Grain Boundaries in Ultrathin Organic Films", Small 18, 2200605 (2022) (Artikel online)
  
• J. Lenz, F. del Giudice, F.R. Geisenhof, F. Winterer, R.T. Weitz, "Vertical, electrolyte-gated organic transistors: continuous operation in the MA/cm2 regime and use as low-power artificial synapses", Nat. Nanotechnol. 14, 579–585 (2019) (Artikel online)
  
• L.S. Schaffroth, J. Lenz, V. Geigold, M. Kögl, A. Hartschuh, R.T. Weitz, "Freely suspended, van-der-Waals bound organic nm-thin functional films: mechanical and electronic characterization", Adv. Mater. 31, 1808309 (2019), (Artikel online)