"Material der Zukunft": Graphen leiten Strom fast widerstandsfrei!

Nanowissenschaftler der Universität Basel konnte erstmals zeigen, dass das Kohlenstoffmaterial Graphen (ausgesprochen "Grafeen") einen nahezu widerstandsfreien Stromtransport erlaubt. Dies ermöglicht neuartige Anwendungen des Materials in der Elektronik. Ihre Ergebnisse haben die Forscher in der Fachzeitschrift «Nature Communications» veröffentlicht.

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.

Dem Team um Prof. Christian Schönenberger vom Swiss Nanoscience Institute an der Universität Basel ist es nun 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 erhöht elektrische Leitfähigkeit

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. Zusammen mit Kollegen der Universität Regensburg konnte sie zeigen, dass sich die Ladungsträger vollkommen störungsfrei in Graphen bewegen können. «Diese Technologie eröffnet die Realisierung ganz neuer elektronischer Funktionen», so Forschungsleiter Christian Schönenberger.

Graphen – Material der Zukunft

Graphen ist nicht nur elektrisch sehr leitfähig; es ist auch leicht und transparent, mechanisch sehr robust und ein exzellenter Wärmeleiter. Diese aussergewöhnliche Kombination von Eigenschaften macht das Material für die Grundlagenforschung interessant und verspricht vielfältige Anwendungen – sei es in Touchscreens und Solarzellen, Flugzeugen und Satelliten. Die Europäische Kommission hat die Graphenforschung Anfang dieses Jahres zur Priorität erklärt und ihr eine von zwei hochdotierten Forschungsinitiativen gewidmet. Mit an Bord des Forschungsflaggschiffs «Graphene» sind auch die beiden Gruppen von Prof. Christian Schönenberger und Dr. Thilo Glatzel vom Departement Physik der Universität Basel.

Originalbeitrag
Peter Rickhaus, Romain Maurand, Ming-Hao Liu, Markus Weiss, Klaus Richter, and Christian Schönenberger
Ballistic interferences in suspended graphene
Nature Communications 4, Article number: 2342 (2013) | doi:10.1038/ncomms3342

 

Quelle: Uni Basel
Bild: © Uni Basel

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