Dehnung verändert die elektrischen Eigenschaften von Graphen
Anzeigen
Die elektrischen Eigenschaften von Graphen lassen sich durch eine gleichmässige Dehnung des Materials gezielt verändern, berichten Forschende der Universität Basel. Das ebnet den Weg für die Entwicklung neuartiger elektronischer Bauteile.
Durch Druck von unten verbiegt sich das Bauelement. Dadurch verlängert sich die eingebettete Graphenschicht, und ihre elektrischen Eigenschaften ändern sich.
Universität Basel/SNI
Graphen besteht aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen, die wabenförmig angeordnet sind. Das Material ist sehr flexibel und verfügt über hervorragenden elektrischen Eigenschaften, was es für zahlreiche Anwendungen interessant macht – vor allem für elektronische Bauteile.
Forscher um Prof. Dr. Christian Schönenberger am Swiss Nanoscience Institute und am Departement Physik der Universität Basel haben nun untersucht, wie sich durch mechanische Dehnung die elektrischen Eigenschaften des Materials beeinflussen lassen. Dazu haben sie eine Art Streckbrett entwickelt, mit der sie die hauchdünne Graphenschicht kontrolliert dehnen und gleichzeitig ihre elektrischen Eigenschaften messen können.
Sandwich auf der Streckbank
Die Wissenschaftler stellten zunächst ein Sandwich her, bestehend aus einer Lage Graphen zwischen zwei Schichten aus Bornitrid. Aufgebracht wurde das mit elektrischen Kontakten versehene Bauelement auf ein biegsames Substrat.
Anschliessend übten die Forscher mithilfe eines Keils von unten Druck auf die Mitte des Sandwichs aus. «Damit verbiegen wir das Bauelement kontrolliert und verlängern dabei die ganze Graphenschicht», beschreibt Erstautor Dr. Lujun Wang das Vorgehen.
Die Wirkung: «Durch die Dehnung des Graphens konnten wir gezielt den Abstand zwischen den Kohlenstoffatomen verändern und damit deren Bindungsenergie», erklärt Dr. Andreas Baumgartner, der das Experiment betreut hat.
Veränderte Elektronenzustände
Die Forscher kalibrierten die Dehnung des Graphens zunächst mit optischen Methoden. Anschliessend untersuchten sie mittels elektrischen Transportmessungen, wie die Verformung des Graphens die elektronischen Energien verändert. Diese Messungen wurden bei minus 269 Grad Celsius gemacht, damit die Energieänderung überhaupt sichtbar wurde.
«Der Abstand zwischen den Atomkernen beeinflussen direkt die Eigenschaften der Elektronenzustände in Graphen», fasst Baumgartner die Ergebnisse zusammen. «Bei einer gleichmässigen Dehnung können sich nur die Elektronengeschwindigkeiten und die Energie ändern. Die Energieänderung ist im Wesentlichen das theoretisch vorhergesagte ‹skalare Potenzial›, das wir nun experimentell nachweisen konnten.»
Denkbar ist, dass diese Ergebnisse beispielsweise zur Entwicklung von Sensoren oder zu neuartigen Transistoren führen. Kommt hinzu, dass Graphen als Modellsystem für weitere zweidimensionale Materialien dient, die in den vergangenen Jahren weltweit zu einem wichtigen Forschungsthema geworden sind.
Originalveröffentlichung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Meistgelesene News
Weitere News von unseren anderen Portalen
Zuletzt betrachtete Inhalte
Upcycling von Kunststoffen: Vom Abfall zum Treibstoff - Problematische Kunststoffe könnten mit einer neuen Technologie von den Deponien ferngehalten und in Kraftstoffe umgewandelt werden
Grüner Ammoniak könnte zum Energieträger und Kraftstoff der Zukunft werden
Mit KI schneller zu besseren Photovoltaik-Materialien - Wie maschinelles Lernen die Suche nach neuen halbleitenden Molekülen für Perowskit-Solarzellen enorm beschleunigt
Papier oder Plastik? - Starre wasserdichte Beschichtung für Papier soll unsere Abhängigkeit von Kunststoffen verringern
Neues Herstellungsverfahren für Hochleistungs-Lithium-Metall-Batterien - Für eine nachhaltige und wettbewerbsfähige Batterie-Wertschöpfungskette in Europa
Effizientes "Anschalten" von Bakterien zur Produktion hochwertiger Chemikalien - Forscher haben einen kostengünstigen Weg gefunden, Bakterien in den chemischen Produktionsmodus zu schalten
Kontrolle der Materie auf atomarer Ebene: Durchbruch an der University of Bath - Physiker kommen der Kontrolle chemischer Reaktionen auf Einzelmolekülebene immer näher - könnte das die Zukunft der Pharmaforschung prägen?
Fundamentales Problem der Quantenphysik unlösbar
Siemens und Porsche bauen eFuels-Fabrik in Chile - Bei dem Projekt wird mit Windstrom CO2-neutraler Kraftstoff erzeugt
Mikroskopie auf einen atomaren Punkt gebracht - Die Quantenpunkt-Kontakt-Mikroskopie bildet Oberflächen mit atomarer Auflösung ab
Ultradünn und sehr aktiv - Enzymatisch aktive ultradünnen Pepsin-Membranen
