Elektronen-Slalom in Graphen
Bewegung auf Schlangenlinien verläuft verlustfrei und könnte Anwendungen in der Elektronik ermöglichen.
Die Forschungsgruppe von Christian Schönenberger vom Swiss Nanoscience Institute und dem Departement Physik beschäftigt sich seit einigen Jahren mit dem „Wundermaterial“ Graphen. Die Wissenschaftler der Universität Basel haben Methoden erarbeitet, die es ihnen erlaubt, reine Graphenlagen aufzuspannen, zu untersuchen und zu manipulieren.
Abb.: Das Prinzip des Experiments: Das Wabennetz stellt eine atomare Graphenschicht dar, die zwischen zwei elektrischen Messkontakten (silbern) aufgespannt ist. Im unteren Bereich befinden sich zwei Steuerelektroden (golden), die zur Erzeugung eines elektrischen Felds verwendet werden. Zusätzlich wird ein Magnetfeld senkrecht zur Graphenebene angelegt. Durch die Kombination eines elektrischen und eines magnetischen Felds bewegen sich die Elektronen auf einer Schlangenlinie. (Bild: nach Rickhaus et al. / NPG)
Sie fanden dabei heraus, dass sich Elektronen in diesem reinen Graphen praktisch störungsfrei bewegen können – ähnlich wie Lichtstrahlen. Um die Elektronen von einem bestimmten Ort zu einem andern zu leiten, planten sie, die Elektronen aktiv entlang einer vorgegebenen Spur im Material zu führen.
Dies ist den Basler Wissenschaftlern nun erstmals gelungen: Die Führung der Elektronen kann ein- und ausgeschaltet werden und verläuft vollkommen verlustlos. Der angewendete Mechanismus basiert auf einer Eigenschaft, die nur in Graphen vorkommt. Durch die Kombination eines elektrischen und eines magnetischen Felds bewegen sich die Elektronen auf einer Schlangenlinie (englisch snake state). Die Linie krümmt sich einmal nach rechts, dann wieder nach links. Dieser Wechsel lässt sich durch die Abfolge einer positiven und negativen Masse erklären – ein Phänomen, das nur in Graphen zu realisieren ist und als neuartiger Schalter verwendet werden könnte.
„Ein solcher Nano-Schalter in Graphen ließe sich in verschiedenste Geräte einbauen und allein durch Veränderung des Magnetfelds oder des elektrischen Feldes bedienen“, kommentiert Schönenberger diese neusten Ergebnisse seiner Gruppe. An der Studie waren auch Physikerteams aus Regensburg, Budapest und Grenoble beteiligt.
U. Basel / OD
