SFB 1772/1: Struktur und kollektive Anregungen in mol2Dmat-Heterostrukturen durch schnelle Elektronen (TP A05)

Moleküle auf 2D-Systemen sind in der Regel nicht so homogen, wie in den Karikaturen, die sie veranschaulichen, dargestellt wird. Für das Verständnis der grundlegenden Materialeigenschaften dieser Heterostrukturen ist es daher von entscheidender Bedeutung, dass man in der Lage ist, die Struktur des Systems von der atomaren bis zur μms-Skala mit den lokalen elektrostatischen, elektronischen, schwingenden und plasmonischen Eigenschaften und der Reaktion auf optische Anregungen an ein und derselben Stelle der Probe mit hoher räumlicher Selektivität zu korrelieren. Aberrationskorrigierte impulsaufgelöste Elektronenmikroskopie in Kombination mit hoch monochromatischer Elektronen-Energieverlustspektroskopie (EELS) machen dies möglich. Die elastische und inelastische Wechselwirkung schneller Elektronen mit Materialien ist eine hochgradig lokale und sehr wirksame Sonde für die lokale atomare und elektronische Struktur sowie für elektrische Felder und kann auch zur Untersuchung der lokalen Reaktion auf elektromagnetische, thermische, mechanische und chemische Stimulation verwendet werden. Allerdings kann die inelastische Wechselwirkung von Elektronen mit dem zu untersuchenden Volumen auch zu Schäden führen, insbesondere bei organischen Materialien, die wir daher mit ausgeklügelten neuen Verfahren, wie unten beschrieben, minimieren wollen.

Hauptziel dieses Projekts ist die Bereitstellung dieser korrelativen Informationen für eine Reihe von Systemen, die im Rahmen des SFB untersucht werden: Polyhalogenide und Farbstoffe, die in Graphen und Nanoröhren interkaliert sind, stark dotiertes Graphen mittels molekularem Ladungstransfer, superstrahlende Systeme wie MePTCDI auf hBN oder Graphen und andere. Eine Herausforderung wird darin bestehen, diese Informationen mit hoher räumlicher Auflösung zu erhalten und gleichzeitig sicherzustellen, dass das Material durch den Elektronenstrahl nicht verändert wird. Zu diesem Zweck werden dosiseffiziente Ansätze für die Kartierung elektrostatischer Ladungen durch Elektronen-Ptychographie, für die Kartierung von Schwingungs-, elektronischen und plasmonischen Anregungen durch EELS und für die Kartierung der Reaktion auf optische Anregungen durch Elektronen-Energiegewinn-Spektroskopie (EEGS) umgesetzt. Bei der Ptychographie handelt es sich um ein bildgebendes Verfahren, bei dem Beugungsmuster aus sich überlappenden Bereichen zur Gewinnung von Phaseninformationen verwendet werden. Aufbauend auf dem in der Gruppe entwickelten methodischen Know-how werden wir elektronenstrahlbasierte Techniken weiterentwickeln und anwenden, um die atomare Struktur, lokale elektrostatische Felder, Schwingungsresonanzen und die Reaktion auf optische Anregungen von organischen/2D-Material-Heterostrukturen schonend zu untersuchen und zu korrelieren. Wir werden die Ergebnisse mit theoretischen Vorhersagen und ergänzenden experimentellen Techniken vergleichen, die innerhalb des SFB angewandt werden.