Die dünnste Ratsche der Welt
Forscherteam nutzt Graphen zur Steuerung von Elektronen.
Ratschen sind einfach praktisch. Man kann beispielsweise einen Ratschenschraubendreher – ohne abzusetzen – bequem vor- und zurück drehen, und trotzdem bewegt sich die Schraube nur in eine Richtung. Ratschen sind zudem fast überall einsetzbar, etwa beim Spannen von Gurten oder beim Heben von Lasten. Oder auch im Bereich der Quantenwelt: So hat jetzt ein internationales Forscherteam um den Regensburger Physiker Sergey Ganichev eine extrem dünne Ratsche zur Steuerung von Elektronen entwickelt, die mit einem magnetischen Feld arbeitet. Für die Nanotechnologie werden Methoden zur Kontrolle von Elektronen immer wichtiger.
Abb.: Das Ratschenrad dreht sich, wenn das Terahertzfeld die Elektronen in Bewegung setzt. Den Ratschenmechanismus selbst lösen das statische Magnetfeld und die Asymmetrie im Graphen durch die Wasserstoff-Adatome (blau) aus. (Bild: Drexler et al. / NPG)
Als Material für die Ratsche nutzten die Forscher Graphen – die neue Ratsche ist damit die dünnste der Welt. Die Physiker sprechen hier von „magnetischen Quantenratschen in Graphen“. Ein elektrisches Feld von Terahertzstrahlung bewegt dabei Elektronen im Takt vor und zurück. Ein zusätzlich angelegtes Magnetfeld wirkt bei geschickter Anordnung nun wie eine Ratsche, indem es die Bewegung der Elektronen in der einen Richtung zulässt, in der anderen aber unterdrückt.
Das „Wundermaterial“ Graphen ist derzeit ein vielversprechender Kandidat, um Silizium als technologisch führendes Material für superschnelle Elektroniken abzulösen. Die neu entdeckte magnetische Quantenratsche könnte in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle spielen. Das internationale Konsortium, das nun erstmals die Quantenratsche in Graphen realisieren konnte, besteht aus Forschergruppen aus vier Nationen: Deutschland, Russland, Schweden und den USA. Geleitet wird es von der Regensburger Arbeitsgruppe um den Experimentalphysiker Sergey Ganichev.
Die Erforschung von Graphen wird an der Universität Regensburg in großem Stil gefördert. Involviert sind unter anderem: Das Graduiertenkolleg GRK 1570 um Prof. Dr. Milena Grifoni, der Sonderforschungsbereich SFB 689 um Prof. Dr. Dieter Weiss sowie Regensburger Gruppen im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms SPP 1459 (um Prof. Dr. Thomas Seyller, TU Chemnitz) und der Flaggschiff-Initiative Graphen.
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