Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Formel für passendes Trägermaterial für Graphen

10.03.2015

Jülicher Physiker haben ein Kriterium entwickelt, mit dem Forscher gezielt nach geeigneten Trägermaterialien für Graphen suchen können. Wechselwirkungen mit der Unterlage führen oft dazu, dass diese spezielle Form des Kohlenstoffs ihre verblüffenden Eigenschaften verliert.

Gemeinsam mit Partnern anderer Einrichtungen konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass die Beeinflussung der elektronischen Eigenschaften des Graphens durch das Substrat mittels eines einfachen strukturellen Parameters abgeschätzt werden kann. Die zugrundeliegende Publikation wurde als „Editor’s Suggestion“ der Fachzeitschrift Physical Review Letters ausgewählt.


Graphen auf einem Siliziumcarbid-Substrat, dessen Oberfläche mit Wasserstoff behandelt wurde, um das Graphen elektrisch zu entkoppeln.

Sforzini et al., Physical Review Letters, Copyright 2015 by The American Physical Society (https://journals.aps.org/info/terms.html; Übernahme mit Bezug zur betreffenden Publikation erlaubt)

Härter als Diamant, fester als Stahl und um ein Vielfaches leitfähiger als Silizium – wegen dieser und weiterer ungewöhnlicher Eigenschaften wird Graphen weltweit intensiv erforscht. Der Werkstoff ist gerade einmal eine Atomlage dick.

Seine Verwendung ist bisher allerdings überwiegend auf Laborexperimente beschränkt. Eine der großen Aufgaben auf dem Weg in die Praxis ist die Suche nach geeigneten Trägermaterialien, ohne die sich das extrem dünne Material für kaum eine Anwendungen nutzen lässt.

„Wir haben einen einfach zugänglichen Parameter gesucht, mittels dessen sich verschiedene Substrate direkt miteinander vergleichen lassen“, berichtet Dr. François Bocquet. „Als entscheidendes Kriterium hat sich dabei der atomare Abstand zwischen der Graphen-Schicht und dem darunter liegenden Substrat herausgestellt“, erläutert der Physiker und Helmholtz-Postdoc vom Jülicher Peter Grünberg Institut (PGI-3).

Unter Berücksichtigung der sogenannten Van-der-Waals-Radien – einem bekannten Tabellenwert für die Ausdehnung der Atome im nicht-gebundenen Zustand – lässt sich aus dem Abstand direkt die Stärke der Wechselwirkung ablesen. Computersimulationen von Wissenschaftlern des Berliner Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft bestätigen dieses Ergebnis.

Hochpräzise Messungen mit Röntgenlicht

An der Synchrotronstrahlungsquelle Diamond im britischen Didcot, Oxfordshire, haben François Bocquet und seine Kollegen den Abstand zwischen Graphen und Substrat mit Röntgenstrahlung und einer Genauigkeit im Pikometerbereich vermessen. Ein Pikometer entspricht einem Tausendstel Nanometer oder auch einem Milliardstel Millimeter, sodass sich auf diese Weise Längenunterschiede weit unterhalb eines Atomdurchmessers feststellen lassen.

Als Probe verwendeten die Forscher Siliziumkarbid, an dessen Grenzfläche Wasserstoff eingebracht wurde: Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart haben das speziell präparierte Halbleitermaterial erst vor wenigen Jahren als Trägermaterial für Graphen entwickelt. Anders als auf den sonst üblichen metallischen Substraten lagert sich das Graphen darauf praktisch wechselwirkungsfrei an und behält so seine herausragenden elektrischen Eigenschaften.

„Mit dem Aufkommen dieser neuen Klasse von Substraten wurde es Zeit für ein neues Kriterium, mit dem sich noch sehr schwache Wechselwirkungen präzise nachweisen lassen“, erläutert der Jülicher Institutsdirektor Prof. Stefan Tautz, Leiter des Bereichs „Functional Nanostructures at Surfaces“ (PGI-3). „Mit den bisherigen Verfahren, etwa mittels Photoelektronenspektroskopie, konnte man den Grad der Interaktion mit dem Substrat nur indirekt ableiten; solche schwache Bindungen ließen sich damit kaum erfassen.“

Originalpublikation:
Approaching truly freestanding graphene: The structure of hydrogen-intercalated graphene on 6H-SiC(0001)
J. Sforzini, L. Nemec, T. Denig, B. Stadtmüller, T.-L. Lee, C. Kumpf, S. Soubatch, U. Starke, P. Rinke, V. Blum, F.C. Bocquet, F.S. Tautz
Physical Review Letters (published online 10 March 2015), DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.106804
Abstract: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.114.106804

Ansprechpartner:
Dr. Francois Bocquet, Peter Grünberg Institut, Functional Nanostructures at Surfaces (PGI-3)
Tel. +49 2461 61-3987
E-Mail: f.bocquet@fz-juelich.de

Prof. Dr. Stefan Tautz, Peter Grünberg Institut, Functional Nanostructures at Surfaces (PGI-3)
Tel. +49 2461 61-4561
E-Mail: s.tautz@fz-juelich.de

Pressekontakt:
Tobias Schlößer
Tel. +49 2461 61-4771
E-Mail: t.schloesser@fz-juelich.de

Weitere Informationen:

http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2015/15-03-10graphe...

Annette Stettien | Forschungszentrum Jülich

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Neue „Arbeitskluft“ für Polizei und Feuerwehr soll Einsätze und Umwelt schützen
23.01.2018 | Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)

nachricht Komplexe Parkettmuster, außergewöhnliche Materialien
23.01.2018 | Technische Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Optisches Nanoskop ermöglicht Abbildung von Quantenpunkten

Physiker haben eine lichtmikroskopische Technik entwickelt, mit der sich Atome auf der Nanoskala abbilden lassen. Das neue Verfahren ermöglicht insbesondere, Quantenpunkte in einem Halbleiter-Chip bildlich darzustellen. Dies berichten die Wissenschaftler des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel zusammen mit Kollegen der Universität Bochum in «Nature Photonics».

Mikroskope machen Strukturen sichtbar, die dem menschlichen Auge sonst verborgen blieben. Einzelne Moleküle und Atome, die nur Bruchteile eines Nanometers...

Im Focus: Optical Nanoscope Allows Imaging of Quantum Dots

Physicists have developed a technique based on optical microscopy that can be used to create images of atoms on the nanoscale. In particular, the new method allows the imaging of quantum dots in a semiconductor chip. Together with colleagues from the University of Bochum, scientists from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute reported the findings in the journal Nature Photonics.

Microscopes allow us to see structures that are otherwise invisible to the human eye. However, conventional optical microscopes cannot be used to image...

Im Focus: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

Veranstaltungen

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

23.01.2018 | Veranstaltungen

Gemeinsam innovativ werden

23.01.2018 | Veranstaltungen

Leichtbau zu Ende gedacht – Herausforderung Recycling

23.01.2018 | Veranstaltungen

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

Lebensrettende Mikrobläschen

23.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

3D-Druck von Metallen: Neue Legierung ermöglicht Druck von sicheren Stahl-Produkten

23.01.2018 | Maschinenbau

CHP1-Mutation verursacht zerebelläre Ataxie

23.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

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