Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Farbspiele mit Graphen

20.06.2012
Graphen besteht aus einer Lage von Kohlenstoffatomen, die wabenartig angeordnet sind – das besonders dünne und stabile Material birgt für Anwendungen in der Optoelektronik großes Potenzial.
Forscher vom Karlsruher Institut für Technologie, der TU Darmstadt, der University of Cambridge und IBM haben nun optoelektronische Bauteile auf Basis von Graphen entwickelt. Mit ihnen können informationstechnische Systeme langfristig kleiner und leistungsfähiger werden. In der Zeitschrift Nature Communications stellen die Forscher ihre Ergebnisse vor.

Graphen kommt im Alltag vor: Das Material steckt beispielsweise – in milliardenfach übereinanderstapelten Schichten – in den Minen herkömmlicher Bleistifte aus Graphit. Als einzelne, atomare Schicht ist Graphen ein außergewöhnlich stabiles Material, welches Hitze und Strom besonders gut leitet und zugleich Licht aufnehmen (absorbieren) und abgeben (emittieren) kann. Damit bietet das Material für Anwendungen in der Optoelektronik großes Potenzial. Die Optoelektronik befasst sich mit der Wandlung von elektrischen in optische Signale (Licht) und umgekehrt.

Eine optische Mikrokavität besteht aus zwei halbdurchlässigen Metallspiegeln, deren Abstand voneinander die Farbe des von Graphen erzeugten Lichts bestimmt. Bild: KIT

Langfristiges Ziel der Forschung ist es, optoelektronische Komponenten wie Leuchtdioden, die als Schnittstelle zwischen elektrischen und optischen Komponenten wirken, auf immer kleinere Dimensionen zu schrumpfen. Dadurch können informationstechnische Systeme langfristig deutlich kleiner und leistungsfähiger werden.

Die aktuelle Arbeit des Forscherteams um Professor Ralph Krupke vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der TU Darmstadt, Professor Hilbert von Löhneysen (KIT), Professor Andrea Ferrari von der University of Cambridge und Dr. Phaedon Avouris vom Forschungslabor der Firma IBM zeigt, dass optoelektronische Bauteile, die Licht unterschiedlicher Wellenlängen selektieren, auch mit Graphen realisierbar sind.

Die technische Herausforderung für die Forscher lag darin, zwischen Graphen und Elektroden einen Kontakt herzustellen und das Material zugleich in eine optische Mikrokavität zu integrieren. Eine optische Mikrokavität ist eine Struktur im Mikrometerbereich, die aus durch zwei für Licht unterschiedlicher Wellenlängen halbdurchlässige Spiegel mit einem genau definierten Abstand besteht. Mit dem genau festgelegten Spiegelabstand ist die Mikrokavität durchlässig für Licht einer bestimmten Farbe. Hierfür übertrug Dr. Antonio Lombardo (UC) Graphen auf das Zielsubstrat. Anschließend konnte der Physiker Michael Engel (KIT) durch komplexe Fabrikationsverfahren im Nano- und Mikrobereich Graphen mit Elektroden verbinden und zwischen zwei Silberspiegeln mit nur einigen Nanometer Abstand zueinander platzieren.

Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung gelang es Dr. Mathias Steiner (IBM) und Michael Engel (KIT) Graphen zu erhitzen. Ähnlich wie eine Glühbirne beginnt das Material, bei hohen Temperaturen Licht zu emittieren. Die Farbe des emittierten Lichts ist jedoch, im Gegensatz zum Weißlicht einer Glühbirne, nun durch die umgebende Mikrokavität bestimmt.
Das DFG-Zentrum für funktionelle Nanostrukturen hat die Arbeit unterstützt.

Literatur:
Michael Engel, Mathias Steiner, Antonio Lombardo, Andrea C. Ferrari, Hilbert v. Löhneysen, Phaedon Avouris, and Ralph Krupke: Light–matter interaction in a microcavity-controlled graphene transistor. Nature Communications, published online 19 Juni 2012 (DOI: 10.1038/ncomms1911).
Die online-Version des Artikels ist abrufbar unter: http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n6/full/ncomms1911.html

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts nach den Gesetzen des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.

Monika Landgraf | Karlsruher Institut für Technolo
Weitere Informationen:
http://www.kit.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon
21.02.2018 | Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V.

nachricht Wie verbessert man die Nahtqualität lasergeschweißter Textilien?
20.02.2018 | Hohenstein Institute

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics