03.08.2018

Biegsam durch Defekte

Drähte aus Graphen lassen sich mit Defekten stärker verformen.

Elek­tronische Bauteile wie Schalter oder Transis­toren, die aus einem einzigen Molekül bestehen, könnten in Zukunft die Technik revo­lutionieren. Die Grundlagen dafür erforscht die Arbeits­gruppe Single-Molecule Chemistry an der Univer­sität Graz unter der Leitung von Leonhard Grill. Das Team hat nun heraus­gefunden, dass Graphen­drähte – ein vielver­sprechender Typ der für die zukünf­tigen Anwendungen nötigen molekularen Kabel – durch struk­turelle Fehler biegsamer werden.

Abb.: Strukturelle Defekte machen Nano-Drähte aus Graphen flexibler. (Bild: U. Graz)

„Graphen­drähte sind interessante Kandi­daten als Miniatur-Kabel für Schaltungen, weil sich ihre elektronischen Eigen­schaften über ihre Breite von wenigen Nano­meter einstellen lassen“, berichtet Grill. Bei der Herstellung können Defekte entstehen. „Bisher hat noch niemand untersucht, wie sich diese Fehler auf die Funk­tionalität auswirken“, so der Forscher. Seine Arbeits­gruppe konnte nun zeigen, dass diese Defekte die Flexi­bilität der Drähte erhöhen, die elektrischen Eigen­schaften aber unverändert lassen.

Um die Messungen durchführen zu können, setzten die Physiker durch den Einsatz der richtigen Molekül­bausteine die Drähte auf einer Goldober­fläche zusammen. Durch gezielte Veränderung der Proben­temperatur können sie die Defekt­dichte in der Kette einstellen. „Wir beobach­teten, dass struk­turelle Fehler in Gruppen auftreten, ein Zeichen für koopera­tives Verhalten“, schildert Grill. Anschließend hoben die Forscher mit der extrem feinen Spitze eines Rastersonden­mikroskops ein freies Ende eines Graphendrahtes hoch, um sowohl das elektrische Verhalten als auch die mechanischen Eigen­schaften eines einzelnen Drahtes simultan und in Echtzeit zu studieren. Je mehr Defekte ein Graphen­draht hatte, umso mehr konnte er gebogen werden – ein Beweis für erhöhte Flexi­bilität.

„Interessanter­weise stellte sich heraus, dass die Anzahl der Defekte kaum Einfluss auf die elektronischen Eigen­schaften und die elektrische Leit­fähigkeit hat“, so der Physiker. Die Ergebnisse könnten daher für zukünftige Anwen­dungen der Nano­technologie von Interesse sein, bei denen mechanische Flexi­bilität erforderlich ist, die elek­tronischen Eigen­schaften jedoch erhalten bleiben sollen.

U. Graz / JOL

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