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pte20210419028 Forschung/Entwicklung, Produkte/Innovationen

Graphen: Neue Funktion durch Krümmungen

Wissenschaftler aus Sachsen klären komplizierten Quanteneffekt mit Rastertunnelmikroskop


Doktorandin Thi Thuy Nhung Nguyen (Foto: Jacob Müller, tu-chemnitz.de)
Doktorandin Thi Thuy Nhung Nguyen (Foto: Jacob Müller, tu-chemnitz.de)

Chemnitz (pte028/19.04.2021/12:30) - Forscher der Technischen Universität Chemnitz (TU Chemnitz) http://tu-chemnitz.de verpassen Kohlenstoff-basierten Nanostrukturen durch Krümmungen eine neue Funktion. Details wurden in "Nano Letters" publiziert. Es konnte bereits gezeigt werden, dass sich durch Heizen eines nanostrukturierten Siliziumcarbid-Kristalls Graphen-Nanostrukturen auf dessen Oberflächen ausbilden. Die Sachsen sind dem Effekt nun auf den Grund gegangen.

Ballistische Kohlenstoffbänder

"Diese zweidimensionalen, räumlich stark eingeschränkten Kohlenstoffbänder weisen selbst bei Raumtemperatur einen verschwindend kleinen elektrischen Widerstand auf, sie sind also ballistisch", so Christoph Tegenkamp von der TU Chemnitz. Zusammen mit Kollegen aus Eindhoven, Stuttgart und Lund ist es nun gelungen, diesen Quanteneffekt besser zu verstehen.

"Erst mithilfe eines ultrahochauflösenden Transmissionselektronenmikroskops konnten wir die genaue Struktur dieser sogenannten Nanoribbons nachweisen", unterstreicht Markus Gruschwitz. Und seine Kollegin Thi Thuy Nhung Nguyen fügt ergänzend hinzu: "Zusammen mit Messungen am Rastertunnelmikroskop ließ sich der besondere Quantenzustand dieses Systems nun lokalisieren und hochauflösend spektroskopieren."

Spin-Polarisation untersucht

Wichtig für eine theoretische Beschreibung der elektronischen Struktur ist, dass der Rand der Graphen-Nanostruktur eine Bindung zur Unterlage aufweist und die dadurch induzierte Biegung einen sogenannten Strain-Effekt hervorruft. Anhand dieses Modells ließ sich auch die Spin-Polarisation der wandernden Elektronen erklären, wie die Wissenschaftler verdeutlichen.

"Diese Verbiegung der Graphenstruktur hat einen ähnlichen Effekt, wie man ihn ansonsten nur in Materialien mit einer starken Spin-Bahn-Kopplung findet. Interessanterweise hat Graphen selbst eine verschwindend kleine Spin-Bahn-Wechselwirkung", sagt Tegenkamp. Laut den Experten wird das Ausnutzen definierter Krümmungen neue Funktionen in vermeintlich trivialen Strukturen und Materialien hervorbringen. Das Gebiet der Straintronics werde sich weiter etablieren.

(Ende)
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