05.07.2021

Graphen auf der Streckbank

Gedehnte Kohlenstoffschichten verändern ihre elektronischen Eigenschaften.

Das Kohlenstoff­material Graphen ist sehr flexibel und verfügt über hervor­ragenden elektrischen Eigenschaften, was es für zahlreiche Anwendungen interessant macht – vor allem für elek­tronische Bauteile. Forscher um Christian Schönen­berger am Swiss Nanoscience Institute und am Departement Physik der Universität Basel haben nun untersucht, wie sich durch mechanische Dehnung die elektrischen Eigen­schaften des Materials beeinflussen lassen. Dazu haben sie eine Art Streckbrett entwickelt, mit der sie die hauchdünne Graphen­schicht kontrolliert dehnen und gleich­zeitig ihre elek­trischen Eigenschaften messen können.

Abb.: Durch Druck von unten verbiegt sich das Bau­element. Dadurch verlängert...
Abb.: Durch Druck von unten verbiegt sich das Bau­element. Dadurch verlängert sich die einge­bettete Graphen­schicht, und ihre elektrischen Eigen­schaften ändern sich. (Bild: SNI, U. Basel)

Die Wissenschaftler stellten zunächst ein Sandwich her, bestehend aus einer Lage Graphen zwischen zwei Schichten aus Bornitrid. Aufge­bracht wurde das mit elektrischen Kontakten versehene Bauelement auf ein biegsames Substrat. Anschließend übten sie mithilfe eines Keils von unten Druck auf die Mitte des Sandwichs aus. „Damit verbiegen wir das Bauelement kontrolliert und verlängern dabei die ganze Graphen­schicht“, beschreibt Lujun Wang das Vorgehen. Die Wirkung: „Durch die Dehnung des Graphens konnten wir gezielt den Abstand zwischen den Kohlenstoff­atomen verändern und damit deren Bindungs­energie“, erklärt Andreas Baumgartner, der das Experiment betreut hat.

Die Forscher kalibrierten die Dehnung des Graphens zunächst mit optischen Methoden. Anschließend untersuchten sie mittels elektrischen Transport­messungen, wie die Verformung des Graphens die elektronischen Energien verändert. Diese Messungen wurden bei minus 269 Grad Celsius gemacht, damit die Energie­änderung überhaupt sichtbar wurde. „Der Abstand zwischen den Atomkernen beeinflussen direkt die Eigenschaften der Elektronen­zustände in Graphen“, fasst Baumgartner die Ergebnisse zusammen. „Bei einer gleichmässigen Dehnung können sich nur die Elektronen­geschwindigkeiten und die Energie ändern. Die Energieänderung ist im Wesentlichen das theoretisch vorher­gesagte skalare Potenzial, das wir nun experi­mentell nachweisen konnten.“ 

Denkbar ist, dass diese Ergebnisse beispielsweise zur Entwicklung von Sensoren oder zu neuar­tigen Transis­toren führen. Kommt hinzu, dass Graphen als Modellsystem für weitere zwei­dimensionale Materialien dient, die in den vergangenen Jahren weltweit zu einem wichtigen Forschungs­thema geworden sind.

U. Basel / JOL

Weitere Infos

Sonderhefte

Physics' Best und Best of
Sonderausgaben

Physics' Best und Best of

Die Sonder­ausgaben präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

EnergyViews

EnergyViews
Dossier

EnergyViews

Die neuesten Meldungen zu Energieforschung und -technologie von pro-physik.de und Physik in unserer Zeit.

Meist gelesen

Photo
29.02.2024 • NachrichtForschung

Galaktische Welle

Radcliffe-Welle in der Milchstraße ist Indiz für geringe Menge an dunkler Materie in unserer galaktischen Nachbarschaft.

Themen