Graphen leitet Strom fast verlustfrei
Aufgespannte, gereinigte Graphenschicht lässt Ladungsträger sich störungsfrei bewegen.
Graphen besteht aus einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen, die wabenförmig miteinander verbunden sind. Damit ist es das dünnste leitende Material überhaupt, was ihm verblüffende Eigenschaften verleiht, die Verarbeitung aber vor zahlreiche Schwierigkeiten stellt, da Graphen eigentlich nur aus Oberflächen besteht.
Abb.: Basler Nanowissenschaftler konnten die extrem dünne Kohlenstofffolie mittels elektrischer Kontakte aufspannen, die erhöht auf einer Auflage liegen. (Bild: U. Basel / SNI)
Um eine stabile Einheit zu erhalten, wird Graphen deshalb oft auf einen Träger aus Silizium aufgebracht. Der großflächige Kontakt mit dem Halbmetall verändert jedoch die Eigenschaften von Graphen drastisch. Fremdatome im Silizium stören die Elektronen im Graphen und beeinträchtigen seine elektrische Leitfähigkeit. Analog führt der Kontakt mit der Luft an der Oberseite zu Störungen.
Einem Team um Christian Schönenberger vom Swiss Nanoscience Institute an der Universität Basel ist es nun gelungen, mittels Mikro- und Nanofabrikationstechniken die Graphenschicht über eine Länge von mehreren Mikrometer frei aufzuspannen und so eine Berührung mit dem Siliziumsubstrat zu vermeiden.
Um Graphen in reinster Form zu erhalten, reinigten die Forscher die Graphenfolie anschließend thermisch in einem Container, der das reaktionsträge Edelgas Helium enthielt. Dazu schickten sie einen starken Strom durch die Graphenfolie, der sie aufheizte und Ablagerungen auf der Oberfläche entfernte.
Nach dieser Reinigung stellten die Basler Forscher eine erstaunliche Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des Materials fest. Zusammen mit Kollegen der Universität Regensburg konnte sie zeigen, dass sich die Ladungsträger vollkommen störungsfrei in Graphen bewegen. „Diese Technologie eröffnet die Realisierung ganz neuer elektronischer Funktionen“, so Christian Schönenberger.
Die Europäische Kommission hat die Graphenforschung Anfang dieses Jahres zur Priorität erklärt und ihr eine von zwei hochdotierten Forschungsinitiativen gewidmet. Mit an Bord des Forschungsflaggschiffs „Graphene“ sind auch die beiden Gruppen von Christian Schönenberger und Thilo Glatzel vom Departement Physik der Universität Basel.
U. Basel / PH
