MIT macht Graphen nun ferromagnetisch

Physiker entdecken überraschende neue Eigenschaft mit vielen Anwendungsmöglichkeiten

So stellt sich ein Künstler das neue Material vor (Grafik: Ella Maru Studio)

Cambridge (pte004/05.02.2021/06:15)

Das oft als Wundermaterial gepriesene Graphen ist mal ein elektrischer Leiter, mal ein Isolator, mal ein Halbleiter. Anders konfiguriert ist das Material supraleitend. Jetzt haben Forscher am Massachusetts Institute of Technology https://www.mit.edu/ (MIT) in Cambridge/USA eine weitere Eigenschaft entdeckt, die die Fachwelt elektrisiert. In einer bestimmten Konfiguration verhält es sich wie ein ferromagnetisches Material. Das macht es zum aussichtsreichen Kandidaten für das digitale Speichern von Informationen.

[b]Film aus Kohlenstoffatomen[/b]

Graphen ist ein nur eine Atomlage dicker Film aus Kohlenstoffatomen, die im Sechseck angeordnet sind. Je nachdem, wie einige dieser Schichten übereinander angeordnet sind, ergeben sich unterschiedliche Eigenschaften. Pablo Jarillo-Herrero, Professor für Physik am MIT, glaubt, dass der Ferromagnetismus des Graphens die Weiterentwicklung von neuromorphen Computern voranbringt. Das sind Rechner, die nach dem Vorbild des menschlichen Gehirns arbeiten. Daher sind sie bei bestimmten Aufgaben selbst Großrechnern überlegen.

[b]Elektrische Ladungen trennen sich spontan[/b]

In der jetzt entdeckten Graphen-Konfiguration werden Ladungen spontan voneinander getrennt, ganz anders als in Metallen. Hier rekombinieren positive und negative Ladungen, sie vereinen sich spontan. Erst wenn eine elektrische Spannung angelegt wird trennen sich die Ladungsträger wieder. Auch ferromagnetische Materialien reagieren auf ein äußeres elektrisches Feld. Die Ladungsträger wechseln die Seiten. Das macht man sich bei Festplatten zunutze. Um eine digitale „Eins" festzuscheiben wird das entsprechende winzige Feld von dem Feld des Schreib- und Lesekopfes „umgepolt". Bei der „Null" ist es genau umgekehrt.

[b]Herkömmliche Ferroelektrika können instabil werden[/b]

Ferroelektrika sind meist Kristalle, die elektrischen Strom nicht leiten. Bei ferroelektrischem Graphen ist das anders. Es ist ein Leiter. Qiong Ma, Assistenzprofessor am Boston College, sieht es so: „Mit konventionellen Ferroelektrika sind Herausforderungen verbunden, an deren Überwindung gearbeitet wurde. Beispielsweise wird die ferroelektrische Phase instabil, wenn das Gerät weiter miniaturisiert wird. Mit unserem Material können einige dieser Herausforderungen automatisch gelöst werden."

Es besteht aus zwei Graphenschichten, die in einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet sind. Eingehüllt werden sie von zwei Folien aus Bornitrid, die ebenfalls nur so dick sind wie ein einziges Molekül. Jetzt gehen Forscher an verschiedenen Institutionen daran, die Einsatzmöglichkeiten des neuen Materials auszuloten.

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