28.04.2021

Borophen auf dem Präsentierteller

Segregationsgestützte Epitaxie lässt große Flächen des nur eine Atomlage dünnen Materials entstehen.

Ellenbogenmentalität bei einem zweidimensionalen Material: Das hat ein internationales Team unter Federführung des Center for Nanointegration (Cenide) der Universität Duisburg-Essen (UDE) kürzlich entdeckt: Den Physikern gelang es, Bor-Schichten entstehen zu lassen, die nur eine Atomschicht hoch sind. Störende Stufenkanten auf der Unterlage schiebt das Material dabei einfach aus dem Weg. Es ist das Ziel des Teams um Michael Horn-von Hoegen, das dünnst­mögliche Bor, Borophen, herzustellen. Denn es verspricht Eigenschaften, die den Bau zweidimensionaler Transistoren möglich machen könnten. Die hierzu bisher verwendete Methode der Molekular­strahl-Epitaxie führt zu viel zu kleinen Inselchen, für genauere Untersuchungen und den Einsatz in der Technologie sind jedoch größere Flächen nötig.

 

Abb.: Herstellung von Borophen (Bild: UDE / Petrović)
Abb.: Herstellung von Borophen (Bild: UDE / Petrović)

In ihrer neu entwickelten Methode der „segregations­gestützten Epitaxie“ nutzen sie gasförmiges Borazin sowie eine Iridium-Unterlage. Die wesentlichen Bestandteile des Borazins sind Bor- und Stickstoffatome, die in regelmäßigen Sechseck-Strukturen angeordnet sind wie Bienenwaben. Erhitzt man die Iridium-Probe in einer Borazin-haltigen Umgebung, so setzen sich dessen Moleküle an der Oberfläche fest, anschließend verdampft der Stickstoff.

Ab 1100 Grad Celsius geht das Bor ins Iridium über, denn dieses kann bei so hohen Temperaturen wie ein Schwamm bis zu einem Viertel seines Volumens an Bor-Atomen zusätzlich aufnehmen. Nachdem das System wieder abgekühlt ist, fällt Borophen – die einatomige Lage aus Bor – an der Oberfläche des Iridium-Kristalls aus. Dabei wächst es nicht über Stufenkanten des darunter­liegenden Kristalls hinaus, schiebt diese jedoch in alle Richtungen weg, um selbst so große Flächen zu bilden wie möglich.

Dass es sich bei den Flächen ausschließlich um Bor-Atome handelt und der Stickstoff aus der Probe verschwunden ist, konnten Experten des Interdisciplinary Center for Analytics on the Nanoscale (ICAN) unter der Leitung von Frank-J. Meyer zu Heringdorf zweifelsfrei nachweisen. Wie sich das Borophen nun von der Iridium-Unterlage ablösen lässt, das wollen die Forscher in einem nächsten Schritt untersuchen. Die Veröffentlichung entstand in Zusammen­arbeit mit Physikern der Universität zu Köln sowie des Center of Excellence for Advanced Materials and Sensing Devices in Zagreb (Kroatien).

UDE / DE

 

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