Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Metallmembranen aus nur einer Atomlage

14.03.2014

Zum ersten Mal ist es gelungen, freistehende Metallmembranen herzustellen, die aus nur einer Atomlage bestehen und unter normalen Umgebungsbedingungen stabil sind. Dies ist das Ergebnis eines international zusammengesetzten Forscherteam aus Deutschland, Polen und Korea, an dem das Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden maßgeblich beteiligt ist. Es ist in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science veröffentlicht.

Nur aus einer einzigen Atomlage besteht das Kohlenstoff-Material Graphen, das zudem ganz besondere mechanische und elektronische Eigenschaften aufweist. Der große Erfolg und die breiten Anwendungsperspektiven von Graphen haben Forscher weltweit dazu inspiriert, nach weiteren zweidimensionalen Materialien zu suchen.


Zweidimensionale Membran aus einer einzigen Atomlage Eisen in einer Graphen-Pore

Quelle: IFW Dresden

Bor-Nitrid oder Membranen aus Wolfram und Selen sind Beispiele für dünnste Schichten aus nur einer Atomlage. Diese Materialien haben eine Kristallstruktur, die das Element der Zwei-Dimesionalität bereits in sich trägt: Sie bestehen aus in sich sehr stabilen Atomlagen, die untereinander nur durch schwache Kräfte zusammengehalten werden und sich dadurch relativ leicht ablösen lassen.

Anders ist das bei Metallen. Diese sind durch eine starke dreidimensionale Kristallstruktur gekennzeichnet. Die Existenz von freistehenden zweidimensionalen Metallmembranen erscheint deshalb unwahrscheinlich. Dass dies dennoch möglich ist, haben Forscher des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW), der Technischen Universität Dresden, der Polnischen Akademie der Wissenschaften, des Institute of Basic Sciences Korea und der Sungkyunkwan University Korea nun bewiesen.

Dazu nutzten sie die Poren einer Graphen-Schicht als Falle für Eisenatome, die sich über diese Schicht bewegten, angeregt durch Elektronenstrahlen im Transmissionselektronen-mikroskop. Die Forscher konnten zeigen, dass eine größere Anzahl von Eisenatomen in einer Pore gefangen wird und sich zu einem zweidimensionalen quadratischen Kristallgitter anordnet.

Im Vergleich zu dreidimensionalen Eisenkristallen weisen diese Membranen aus nur einer Atomlage Eisen ein deutlich höheres magnetisches Moment und eine größere Gitterkonstante auf, was durch theoretische Modelle gestützt wird. 

Das Ergebnis ist von Bedeutung, weil es erstmalig zeigt, dass auch Materialien, deren Kristallstruktur nicht als Schichtstruktur angelegt ist, als stabile dünne Membranen unter normalen Umgebungsbedingungen existieren können. Die Methode, Graphen als Strukturierungsschablone bei der Präparation zu verwenden, könnte Schule machen und den Weg zu weiteren neuen zweidimensionalen Membranen öffnen. 

Die Anwendung der dabei zutage tretenden veränderten Eigenschaften ist ein weiterer Motor für weiterführende Forschungen auf diesem Gebiet. Das Beispiel Eisen hat gezeigt, dass die magnetischen Eigenschaften in den zweidimensionalen Membranen deutlich verstärkt sind, was sie für die Anwendung als Magnetspeicher interessant macht. 

Veröffentlichung: J. Zhao, Q. Deng, A. Bachmatiuk, G. Sandeep, A. Popov, J. Eckert, M. H. Rümmeli, Free-Standing Single-Atom-Thick Iron Membranes Suspended in Graphene Pores, SCIENCE, 14 March 2014, Manuscript Number: science.1245273

Pressekontakt:
Prof. Dr. Mark Ruemmeli
m.ruemmeli@ifw-dresden.de

Dr. Carola Langer
Referentin des Wissenschaftlichen Direktors
Tel. 0351 4659-234
c.langer@ifw-dresden.de

Dr. Carola Langer | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.ifw-dresden.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Ein Wimpernschlag vom Isolator zum Metall
17.04.2018 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Neues Material macht Kältemaschinen energieeffizienter
10.04.2018 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

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

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

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