26.10.2018

Leiterbahnen ohne Widerstand

Ballistische Drähte mit Graphenstrukturen werden als elektronische Bauteile interessant.

Die Wärmeentwicklung von Computer­chips begrenzt die weitere Miniaturisierung elektronischer Bau­elemente und die Erhöhung von Takt­frequenzen. Ein Ausweg aus diesem Dilemma wären Leiter­bahnen, die keinen elektrischen Wider­stand aufweisen. Auf Basis von kohlen­stoff­basierten Nano­strukturen lassen sich solche Leiter realisieren. Durch das Heizen eines nano­strukturierten Silizium­karbid-Kristalls entstehen an den Kanten kleinste Graphen­strukturen.

Abb.: Im Labor wird in einer Präparations­kammer eines Raster­tunnel­mikroskops ein Silizium­karbid-Kristall aufgeheizt, damit kleinste Graphen­strukturen entstehen. (Bild: TU Chemnitz / J. Müller)

Physikern der Technischen Universität Chemnitz ist es nun erst­mals gemeinsam mit Forschern der Universität Twente (Niederlande) und des MAX IV Laboratory in Lund (Schweden) gelungen, solche ballistischen Drähte her­zustellen und sie umfassend zu charakterisieren. „Das Besondere daran ist, dass die Elektronen diese winzigen Drähte passieren, ohne sie zu erhitzen – und das im Ideal­fall unabhängig von der Draht­länge“, erläutert Christoph Tegen­kamp, Inhaber der Professur Analytik an Fest­körper­ober­flächen der TU Chemnitz.

Anhand komplexer Experimente mittels Raster­kraft- und Multi­tip-Raster­tunnel­mikroskopie wurden die benach­barten Quanten­transport­kanäle im Detail vermessen und sogar unter Raum­temperatur und -atmosphäre direkt auf der Nano­skala abgebildet. „Das Überraschende für uns war, dass wir nun sogar mehrere, dicht beieinander liegende Kanäle auf einem Draht identifizieren konnten, die sich gegen­seitig nicht beeinflussen“, erklärt Johannes Aprojanz weiter, der sich gerade an der TU Chemnitz mit diesem Forschungs­thema innerhalb seiner Doktor­arbeit beschäftigt.

In Kooperation mit Theoretikern aus Kopenhagen und Barcelona ließ sich dieser bisher einmalige Effekt auf eine asymmetrische Wechsel­wirkung der Ränder mit dem Substrat zurück­führen. Die Autoren der Studie sind sich sicher, dass diese Art der Funktionalisierung auch für topologische Effekte in anderen 2D-Materialien interessant ist und neue Wege für das Design zukünftiger Quanten­bau­elemente aufzeigt. „Damit stoßen wir das Tor zu Computern, die sich kaum noch erwärmen, ein Stückchen weiter auf“, so Tegenkamp.

TU Chemnitz / DE

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