Physiker belegen erstmals: Graphen leitet Strom nahezu verlustfrei

21. August 2013, 14:23
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Forscher befreien das Kohlenstoffmaterial von Fremdatomen, die die elektrische Leitfähigkeit beeinträchtigen

Das gerne als "Wundermaterial" bezeichnete Graphen besteht aus einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen, die wabenförmig miteinander verbunden sind. Damit ist es das dünnste leitende Material überhaupt, was ihm verblüffende Eigenschaften verleiht, die Verarbeitung aber vor zahlreiche Schwierigkeiten stellt, da Graphen eigentlich nur aus Oberflächen besteht.

Um eine stabile Einheit zu erhalten, wird Graphen deshalb oft auf einen Träger aus Silizium aufgebracht. Der großflächige Kontakt mit dem Halbmetall verändert jedoch die Eigenschaften von Graphen drastisch. Sogenannte Fremdatome im Silizium stören die Elektronen im Graphen und beeinträchtigen seine elektrische Leitfähigkeit. Analog führt der Kontakt mit der Luft an der Oberseite zu Störungen. Mit Hilfe eines speziellen Verfahrens haben Schweizer und deutsche Physiker nun erstmals nachgewiesen, dass das Kohlenstoffmaterial in reiner Form Strom nahezu widerstandsfrei transportieren kann.

Dem Team um Christian Schönenberger vom Swiss Nanoscience Institute an der Universität Basel ist es gelungen, mittels Mikro- und Nanofabrikationstechniken die Graphenschicht über eine Länge von mehreren Mikrometer frei aufzuspannen und so eine Berührung mit dem Siliziumsubstrat zu vermeiden.

Reinigung macht leitfähiger

Um Graphen in reinster Form zu erhalten, wurde die Graphenfolie anschließend in einem Container thermisch gereinigt, der das reaktionsträge Edelgas Helium enthielt. Dazu wurde ein starker Strom durch die Graphenfolie geschickt, der sie aufheizt und Ablagerungen auf der Oberfläche entfernt.

Nach dieser Reinigung stellten die Basler Forscher eine erstaunliche Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des Materials fest, wie sie im Fachjournal "Nature Communications" schreiben. Zusammen mit Kollegen der Universität Regensburg konnte sie zeigen, dass sich die Ladungsträger praktisch störungsfrei in Graphen bewegen können. "Diese Technologie eröffnet die Realisierung ganz neuer elektronischer Funktionen", so Forschungsleiter Schönenberger. (red, derstandard.at, 21.08.2013)


Abstract
Nature Communications: Ballistic interferences in suspended graphene

  • Nanowissenschafter aus Basel konnten Graphen zwischen elektrischen Kontakten aufspannen, die erhöht auf einer Auflage liegen. Das ermöglicht es, Graphen in seiner ursprünglichen Art zu untersuchen.
    foto: universität basel/swiss nanoscience institute

    Nanowissenschafter aus Basel konnten Graphen zwischen elektrischen Kontakten aufspannen, die erhöht auf einer Auflage liegen. Das ermöglicht es, Graphen in seiner ursprünglichen Art zu untersuchen.

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