Projektbeschreibung
Neuinterpretation eines etablierten Werkstoffs öffnet Tür für Innovation
Hauptbestandteil der meisten elektronischen Schaltungen sind Halbleiter. Wie es der Name schon sagt, ist ihr Leitfähigkeitsbereich zwischen dem eines Isolators und den meisten Metallen angesiedelt. Während die Bewegung der Elektronen in einem Stromkreis elektrischen Strom erstehen lässt, erzeugt der intrinsische Spin eines Elektrons ein magnetisches Moment. Angesichts der Bedeutung der Leitfähigkeit und magnetischen Wechselwirkungen in zahlreichen Gebieten waren die geringe Leitfähigkeit und die schwache magnetische Wechselwirkung der vielversprechenden metallorganischen Gerüstverbindungen in dreidimensionaler Form Faktoren, die deren kommerzielle Anwendbarkeit bislang eingeschränkt haben. Mit Schichten aus zweidimensionalen metallorganischen Gerüstverbindungen erscheinen diese Probleme lösbar; ihre Erforschung war jedoch eine Herausforderung. FC2DMOF plant nun die Überwindung der Hindernisse, die der Realisierung neuartiger Elektronik und Spintronik im Wege stehen, indem konjugierte zweidimensionale metallorganische Gerüstverbindungen erschaffen und charakterisiert werden, die bislang unerreichte elektronische und magnetische Strukturen, Eigenschaften und Leistungsmerkmale aufweisen.
Ziel
Metal-organic frameworks (MOFs) have been highlighted for catalysis, gas storage and separation. However, due to low conductivity (<1E-8 S/cm), weak magnetic interaction as well as difficult device integration, the application of bulk 3D MOFs in (spin-)electronics is challenging. Recent advances disclose that the designs of conjugated 2D MOFs (C2DMOFs) have led to improved intrinsic conductivity (up to 1000 S/cm). However, the related research remains immature due to lack of high-quality film samples, very limited structural types and elusive transport mechanism. In this project, we will develop unprecedented magnetic (semi-)conductive C2DMOFs and accomplish electronic/magnetic structure engineering for functions in electronics and spintronics. Here, we will synthesize novel conjugated monomers to tune geometries and pore sizes of C2DMOFs, thus achieving in-plane engineering on charge and spin distribution. We will develop versatile synthesis strategies towards highly crystalline C2DMOF films/nanosheets: (1) develop solvothermal synthesis and subsequent electrochemical exfoliation of layer-stacked bulk samples into 2D nanosheets; (2) develop air/liquid and liquid/liquid interfacial synthesis of large-area single-/few-layer films; (3) particularly establish a ground-breaking chemical vapor deposition (CVD) synthesis route for “clean” single-crystalline films. We will further establish unprecedented C2DMOF-based 2D-2D van der Waals heterostructures (vdWHs) with other inorganic 2D crystals to realize out-of-plane engineering on band gaps and unique interfacial transport characteristics. By employing the developed C2DMOFs and vdWHs, we will explore magnetism and temperature-/magnetic field-depended charge transport properties. As the key achievements, we expect to establish novel electronic/magnetic structures and general synthesis strategies, delineation of reliable structure-transport relationships and superior device performance of C2DMOFs.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
01069 Dresden
Deutschland