SPP 2196/1: Transport von optischen Anregungen in niederdimensionalen Halogenid-Perowskiten: Coulomb-Effekte und Strukturdynamik

Die jüngsten Entwicklungen im Bereich der Halogenid-Perowskite (HaP) revolutionierten und inspirierten breite Gebiete der Festkörperforschung. Das enorme Interesse wurde durch rapide technologische Fortschritte hoch-effizienter HaP-basierter Solarzellen und flexibler Optoelektronik stark beschleunigt. Die damit erzielten Ergebnisse waren sensationell und außerordentlich vielversprechend, insbesondere hinsichtlich alternativer Energiequellen und kosteneffizienter Lichterzeugung. Allerdings blieb eine Reihe fundamentaler wissenschaftlicher Fragen offen, vor allem im Zusammenhang mit dem nicht-trivialen Verhalten grundlegender optischer und struktureller Anregungen. Zusammen mit der fortwährenden Suche nach neuen HaP Verbindungen motiviert dies unsere zentralen Fragestellungen nach der mikroskopischen Natur des optischen Transports, Einfluss von Coulomb-Wechselwirkungen der Ladungsträger, deren Kopplung an die Gitterdynamik, bis hin zur vollständigen Ausnutzung der strukturellen, elektronischen, und chemischen Abstimmbarkeit von HaPs.Das Ziel unserer Forschung ist die Beantwortung dieser kritischen Fragen aus kombinierten experimentellen und theoretischen Perspektiven, angewandt auf zweidimensionale (2D) HaP Verbindungen. Im Rahmen dieses Projektes wollen wir den Transport optischer Anregungen in 2D HaPs untersuchen, indem wir ein grundlegendes Verständnis von Coulomb-Effekten und Strukturdynamik entwickeln, welches wir anschließend auf die Entwicklung von Bauelementen und die Synthese neuartiger Verbindungen direkt übertragen. Die besondere Eignung von 2D HaPs liegt in der abstimmbaren Stärke der Coulomb-Wechselwirkung sowie präziser Kontrolle über die Strukturdynamik und Exzitonen-Phonon-Kopplung durch die außergewöhnliche chemische und strukturelle Flexibilität dieser Materialien.Das Erreichen dieser Ziele wird durch eine hocheffiziente Verknüpfung zwischen Theorie, Spektroskopie, Materialsynthese, und Bauelemententwicklung anvisiert. Es werden mikroskopische Berechnungen der Strukturdynamik durchgeführt, Beiträge der Vielteilcheneffekte untersucht, Elektronen-Loch-Propagation mit hochsensitiven zeitaufgelösten Methoden direkt verfolgt, und schließlich der komplette Weg von der Materialsynthese bis hin zu Bauelementen verfolgt. Die Forschungsaktivitäten werden ferner in ein breiteres Kooperationsnetzwerk mit exzellenten theoretischen und experimentellen Partnern eingebettet. Insgesamt widmet sich unsere Agenda hochaktuellen Fragen an der vordersten Front des Forschungsgebietes. Das Erreichen der Forschungsziele wird uns insbesondere ermöglichen, eine fundamentale Grundlage für die Steuerung optischer Anregungen in HaP-basierten Systemen zu schaffen, um das Zusammenspiel von optischer und struktureller Dynamik präzise zu kontrollieren. Wir hoffen damit ein fundamentales physikalisches Bild der relevanten Prozesse zu entwickeln, um zukünftige technologische Fortschritte auf dem Gebiet der Hybrid-Halbleiter zu motivieren und mitzugestalten.