Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

24.05.2017

Eine internationale Forschergruppe hat an der Infrarot-Beamline IRIS am Elektronenspeicherring BESSY II erstmals die optischen Eigenschaften von dreidimensionalem nanoporösen Graphen untersucht. Die Experimente zeigen, dass sich die plasmonischen Anregungen (Schwingungen der Ladungsdichte) in diesem neuen Material durch Porengröße und das Einbringen von Fremdatomen präzise steuern lassen. Dies könnte die Herstellung von hochempfindlichen chemischen Sensoren ermöglichen.

Kohlenstoff ist ein sehr vielseitiges Element. Es bildet nicht nur Diamanten, Graphit und Kohle, sondern kann sich auch in der Ebene zu einem flachen Netz mit sechseckigen Maschen verbinden, dem Graphen. Dieses aus nur einer Atomlage bestehende Material besitzt eine Reihe extremer Eigenschaften, es ist hochleitfähig, optisch transparent und mechanisch sowohl flexibel als auch belastbar.


REM-Aufnahmen von 3D-Graphen mit unterschiedlichen Porengrößen (a,b,c, Strich in a entspricht 1μm). Dadurch lassen die optischen Eigenschaften (d,e,f) präzise einstellen.

10.1038/ncomms14885

Für die Entdeckung dieser exotischen Kohlenstoff-Form erhielten André Geim und Konstantin Novoselov 2010 den Nobelpreis für Physik. Und erst vor kurzem ist es einem japanischen Team gelungen, zweidimensionales Graphen zu einer dreidimensionalen Architektur mit nanometergroßen Poren aufeinanderzustapeln.

Plasmonen nach Wunsch

Ein Forscherteam unter Federführung einer Gruppe der Universität Sapienza in Rom hat nun erstmals die optischen Eigenschaften von 3D-Graphen eingehend an BESSY II untersucht. Das Team konnte aus den gemessenen Daten ermitteln, wie sich Ladungsdichteschwingungen, so genannte Plasmonen, im dreidimensionalen Graphen ausbreiten. Dabei stellten sie fest, dass diese Plasmonen den gleichen Gesetzmäßigkeiten wie in 2D-Graphen folgen.

Die Frequenz der Plasmonen lässt sich im 3D-Graphen jedoch sehr genau kontrollieren: entweder durch Einbringen von Fremdatomen (Dotierung) oder über die Größe der Nanoporen, oder auch, indem man bestimmte Moleküle gezielt an das Graphen anlagert. Damit könnte sich das neuartige Material auch für die Herstellung von spezifischen chemischen Sensoren eignen, schreiben die Autoren in Nature Communications. Es ist außerdem interessant als Elektrodenmaterial für den Einsatz in Solarzellen.

Vorteile der IRIS-Beamline genutzt

Für ihre Untersuchungen haben die Forscher die IRIS-Beamline an der Berliner Synchrotronquelle BESSY II genutzt. Dort steht breitbandige Infrarotstrahlung zur Verfügung, was insbesondere die spektroskopische Untersuchung von neuartigen Materialien mit Terahertz-Strahlen ermöglicht.

„Durch den low-Alpha Modus, eine besondere Betriebsform des BESSY II-Speicherrings, war es möglich, die optische Leitfähigkeit von dreidimensionalem Graphen mit besonders hohem Signal-zu-Rausch Verhältnis zu messen. Mit Standard-Methoden ist dies vor allem im Terahertz-Bereich kaum möglich. Gerade dieser Bereich ist aber wichtig, um entscheidende physikalische Eigenschaften zu beobachten“, sagt Dr. Ulrich Schade, Gruppenleiter an der Infrarot-Beamline.

Die Arbeit wurde in Nature Communications (2017) publiziert: „Terahertz and mid-infrared plasmons in three-dimensional nanoporous graphene“; Fausto D’Apuzzo, Alba R. Piacenti, Flavio Giorgianni, Marta Autore, Mariangela Cestelli Guidi,Augusto Marcelli, Ulrich Schade, Yoshikazu Ito, Mingwei Chen & Stefano Lupi

DOI: 10.1038/ncomms14885

Dr. Antonia Rötger | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala
20.04.2018 | Georg-August-Universität Göttingen

nachricht Licht macht Ionen Beine
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

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