Graphen und Spin-Bahn-Kopplung in Oak Ridge untersucht
DFG-Forschungsgruppe der TU Chemnitz misst die Spin-Bahn-Kopplung an Blei-interkaliertem Graphen mit Rastertunnelmikroskop in den USA.
Ein Forschungsteam der von der DFG geförderten Forschungsgruppe „Proximity-induzierte Korrelationseffekte in niedrigdimensionalen Strukturen (FOR 5242)“ an der Technischen Universität Chemnitz hat neue Erkenntnisse zur Spin-Bahn-Kopplung in Graphen gewonnen. Die Gruppe untersucht atomar dünne Kohlenstoffschichten und deren Heterostrukturen, die aufgrund ihrer außergewöhnlichen physikalischen Eigenschaften als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Quantenmaterialien gelten.
Ziel der Forschenden ist es, Korrelationseffekte in zweidimensionalen Heterosystemen zu verstehen und gezielt zu beeinflussen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen die Entwicklung neuartiger Quantenmaterialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften vorantreiben und neue Anwendungen in der Spintronik und Elektronik ermöglichen.
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In ihrer aktuellen Studie untersuchten die Forschenden den Einfluss von Blei auf die elektronischen Eigenschaften von Graphen. Mithilfe von Tieftemperatur-Transportmessungen und quantenchemischen Berechnungen konnten sie die Wechselwirkungen zwischen den Bleiatomen und der Graphenschicht detailliert analysieren. „Durch die atomar präzise Kontrolle der Position der Blei-Atome relativ zu den Kohlenstoffatomen der Graphen-Schicht konnten wir die zugrunde liegenden Wechselwirkungen im Detail verstehen und mögliche Szenarien für Spineffekte in Graphen aufzeigen“, erklärt Sibylle Gemming, Inhaberin der Professur Theoretische Physik quantenmechanischer Prozesse und Systeme an der TU Chemnitz.
Für die Untersuchungen kam eine innovative Messmethode zum Einsatz, die hochauflösende Transportmessungen mit atomarer Präzision ermöglicht. „Eine aufwendige Prozessierung zur Kontaktierung der Proben, wie sie bei herkömmlichen Verfahren erforderlich ist, entfällt. Dadurch werden die empfindlichen Nanostrukturen geschont und gleichzeitig besonders präzise Messungen ermöglicht“, erläutert Markus Gruschwitz, der die Experimente gemeinsam mit dem Team von An-Ping Li am Oak Ridge National Laboratory in Tennessee durchgeführt hat.
Die jetzt veröffentlichten Ergebnisse sind die ersten Untersuchungen dieser Art. Ab dem kommenden Jahr wird die TU Chemnitz zudem über ein in Deutschland einzigartiges Messsystem verfügen, das auf dem Campus installiert wird. Damit sollen künftig weitere hochauflösende Transportmessungen an neuartigen Quantenmaterialien durchgeführt werden. [TUC / dre]
Weitere Informationen
- Originalpublikation
M. Gruschwitz, A. D. P. Unigarro, H. Jeon, et al., Gap Opening in Graphene-Based 2D Heterostructures: The Interplay of Spin–Orbit Coupling, Hybridization, and Symmetry, ACS Nano 20 (27), 19202–19208, 26. Juni 2026; DOI: 10.1021/acsnano.6c00354 - Scanning Tunneling Microscopy Group (An-Ping Li), Center for Nanophase Materials Sciences, Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Oak Ridge, Tennessee
- DFG-Forschungsgruppe 5242 „Proximity-induzierte Korrelationseffekte in niedrigdimensionalen Strukturen (Sprecher: Christoph Tegenkamp), www.epigraphene.de, TU Chemnitz
