Molybdändisulfid: Weiterentwicklung von Quantenemittern in 2D-Materialien

Molybdändisulfid (MoS2), ein Hochleistungsschmierstoff, der häufig in Motoren und Turbinen verwendet wird, hat aufgrund seines Potenzials in der Materialwissenschaft und -technologie Aufmerksamkeit erregt. MoS2 gilt zusammen mit anderen Übergangsmetalldichalkogeniden (TMDs) als Schlüsselakteure auf dem Gebiet der zweidimensionalen (2D) Materialien. Diese 2D-Materialien mit ihren einzigartigen Eigenschaften sind vielversprechend für Anwendungen in Nanocomputern, integrierten Schaltkreisen und der Quanteninformationstechnologie.

Forscher der Empa konzentrieren sich nun auf die Untersuchung der atomaren Defekte in TMDs, insbesondere MoS2, und deren Potenzial als Quantenemitter. Diese Emitter, die die Schnittstelle zwischen Elektronenspins und Photonen bilden, sind für die Verarbeitung und Übertragung von Quanteninformationen von entscheidender Bedeutung. Ziel des Teams ist es, die Defekte zu charakterisieren und ihre elektronischen und optischen Eigenschaften mit einem nanoskaligen, ultraschnellen Rastertunnelmikroskop zu untersuchen.

Präzise Bildgebung und Analyse von Defekten in MoS2 sind entscheidend für das Verständnis dynamischer Prozesse auf atomarer Ebene. Ziel des Teams ist es, Defekte mit einer Genauigkeit von bis zu einem Angström zu erkennen und zu untersuchen und elektronische Anregungen mit einer Zeitauflösung von einer Pikosekunde aufzuzeichnen.

Der Versuchsaufbau besteht aus zwei Hälften: einem Rastertunnelmikroskop, um die Atomoberfläche abzutasten und die Spitze an einer Defektstelle zu positionieren, und einem Infrarotlaser, der kurze Laserpulse erzeugt, um Elektronen in der MoS2-Schicht anzuregen. Anschließend wird die Reaktion der Defektstelle auf den Anregungsimpuls analysiert, um Dekohärenzprozesse und Energietransfer zu untersuchen.

Empa-Forscher Bruno Schuler und sein Team haben in ihrem Versuchsaufbau erhebliche Fortschritte gemacht, indem sie die beiden Systemhälften miteinander verbunden und durch Lichtwellen induzierte Ströme erfolgreich gemessen haben. Diese Entwicklungen stellen einen wichtigen Meilenstein im Fortschritt des Projekts dar.

Die Forschung wird durch Mittel des Europäischen Forschungsrats (ERC) durch einen ERC Starting Grant unterstützt. Angesichts der kontinuierlichen Forschung und Fortschritte beim Verständnis atomarer Defekte in MoS2 und anderen 2D-Materialien ist das Potenzial für zukünftige Anwendungen in der Quantentechnologie und Nanoelektronik vielversprechend.