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 Maschinelles Lernen im Quantenlabor
19.01.2018 | Universität Innsbruck

nachricht Seltsames Verhalten eines Sterns offenbart Schwarzes Loch, das sich in riesigem Sternhaufen verbirgt
17.01.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

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: 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...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie