29.01.2020

Wechselhafter Widerstand

Proximity-Effekt beeinflusst den elektrischen Widerstand von epitaktischem Graphen mit starker lokaler Variation.

Graphen wird oft als Wundermaterial der Zukunft bezeichnet. Mittlerweile können Wissenschaftler perfekte Graphen-Lagen auf Quadrat­zentimeter großen Kristallen wachsen lassen. Ein Forscherteam der Universität Göttingen hat nun gemeinsam mit der TU Chemnitz und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Braunschweig den Einfluss des darunter liegenden Kristalls auf den elektrischen Widerstand des Graphens untersucht. Entgegen bisheriger Annahmen zeigen die neuen Ergebnisse, dass der als Proximity-Effekt bezeichnete Prozess lokal stark variiert. 
 

Abb.: Martin Wenderoth, Anna Sinterhauf und Georg A. Traeger (v.l.n.r.; Bild:...
Abb.: Martin Wenderoth, Anna Sinterhauf und Georg A. Traeger (v.l.n.r.; Bild: B. Harling, U. Göttingen)

Die Zusammensetzung von Graphen ist denkbar einfach: eine einzelne atomare Lage von Kohlenstoff­atomen, angeordnet in einer Bienen­waben­struktur. Trotzdem konnte das zweidimensionale Material Graphen erst im Jahr 2004 im Labor synthetisiert werden. Um den elektrischen Widerstand jetzt auf kleinster Längenskala zu bestimmen, verwendeten die Physiker ein Raster­tunnel­mikroskop. Mit der Spitze des Raster­tunnel­mikroskops maß das Team außerdem den Spannungs­abfall und damit den elektrischen Widerstand der Graphen-Probe. 

Abhängig von der Messposition ermittelten die Forscher stark unterschiedliche Werte für den elektrischen Widerstand. Als Begründung hierfür führen sie den Proximity-Effekt an. „Die räumlich variierende Wechselwirkung zwischen Graphen und dem darunter liegenden Kristall führt dazu, dass wir abhängig von der Position unterschiedliche elektrische Widerstände messen“, erläutert Anna Sinterhauf, Erstautorin und Doktorandin im IV. Physikalischen Institut der Universität Göttingen. 

Bei tiefen Temperaturen von acht Kelvin fand das Team Variationen im lokalen Widerstand von bis zu 270 Prozent. „Dieses Ergebnis legt nahe, dass der elektrische Widerstand von epitaktischem Graphen nicht einfach mit einem gemittelten, makro­skopischen Wert beschrieben werden kann“, erklärt Arbeits­gruppenleiter Martin Wenderoth. Das Team geht davon aus, dass der Proximity-Effekt auch für andere zweidimensionale Materialien eine wichtige Rolle spielen könnte. 

U. Göttingen / DE
 

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