Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Graphen-Forschung: Elektronen auf definierten Schlangenlinien unterwegs

03.03.2015

Physiker der Universität Basel zeigen erstmals, dass sich Elektronen in Graphen auf einer vordefinierten Spur bewegen lassen. Diese Bewegung verläuft vollkommen verlustfrei und könnte eine Grundlage für zahlreiche Anwendungen im Bereich der Elektronik legen. Die Forscher um Prof. Christian Schönenberger vom Swiss Nanoscience Institute und dem Departement Physik der Universität Basel veröffentlichen ihre Ergebnisse mit europäischen Kollegen im renommierten Wissenschaftsjournal «Nature Communications».

Die Forschungsgruppe von Prof. Christian Schönenberger vom Swiss Nanoscience Institute und dem Departement Physik beschäftigt sich seit einigen Jahren mit dem «Wundermaterial» Graphen. Die Wissenschaftler der Universität Basel haben Methoden erarbeitet, die es ihnen erlaubt, reine Graphenlagen aufzuspannen, zu untersuchen und zu manipulieren.


Atomare Graphenschicht, die zwischen zwei elektrischen Messkontakten (silbern) aufgespannt ist. Im unteren Bereich befinden sich zwei Steuerelektroden (golden) ur Erzeugung eines elektrischen Felds.

© Adapted with permission from Rickhaus et al., Nature Communications (2015).

Sie fanden dabei heraus, dass sich Elektronen in diesem reinen Graphen praktisch störungsfrei bewegen können – ähnlich wie Lichtstrahlen. Um die Elektronen von einem bestimmten Ort zu einem andern zu leiten, planten sie, die Elektronen aktiv entlang einer vorgegebenen Spur im Material zu führen.

Elektrisches und magnetisches Feld kombiniert

Dies ist den Basler Wissenschaftlern nun erstmals gelungen: Die Führung der Elektronen kann ein- und ausgeschaltet werden und verläuft vollkommen verlustlos. Der angewendete Mechanismus basiert auf einer Eigenschaft, die nur in Graphen vorkommt. Durch die Kombination eines elektrischen und eines magnetischen Felds bewegen sich die Elektronen auf einer Schlangenlinie (englisch «snake state»).

Die Linie krümmt sich einmal nach rechts, dann wieder nach links. Dieser Wechsel lässt sich durch die Abfolge einer positiven und negativen Masse erklären – ein Phänomen, das nur in Graphen zu realisieren ist und als neuartiger Schalter verwendet werden könnte.

«Ein solcher Nano-Schalter in Graphen liesse sich in verschiedenste Geräte einbauen und allein durch Veränderung des Magnetfelds oder des elektrischen Feldes bedienen», kommentiert Prof. Christian Schönenberger diese neusten Ergebnisse seiner Gruppe. An der in «Nature Communications» veröffentlichen Studie waren auch Physikerteams aus Regensburg, Budapest und Grenoble beteiligt.

Material mit besonderen Eigenschaften

Graphen ist ein ganz besonderes Material mit vielversprechenden Eigenschaften. Es besteht aus nur einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen, ist aber trotzdem mechanisch sehr belastbar und beständig. Vor allem durch seine herausragende elektrische Leitfähigkeit ist Graphen zum Forschungsobjekt zahlreicher Wissenschaftlerteams in der ganzen Welt geworden.

Die besonderen Eigenschaften des Materials wurden theoretisch schon vor Jahrzehnten untersucht. Erst 2004 gelang es aber den beiden Physikern Andre Geim und Kostya Novoselov, Graphen für experimentelle Untersuchungen herzustellen. Die beiden Forscher lösten damals mithilfe von Tesafilm einzelne zweidimensionale Graphenschichten vom Ausgangsmaterial Graphit ab. Sie bekamen für diese scheinbar so einfache Methode, welche die experimentelle Erforschung von Graphen erst ermöglichte, 2010 den Physiknobelpreis. Seither haben Forschende weltweit den Herstellungsprozess in einem rasenden Tempo perfektioniert.

Originalbeitrag
Peter Rickhaus, Peter Makk, Ming-Hao Liu, Endre Tovari, Markus Weiss, Romain Maurand, Klaus Richter, and Christian Schönenberger
Snake trajectories in ultraclean graphene p–n junctions
Nature Communications 6:6470, published 3 March 2015, doi: 10.1038/ncomms7470

Weitere Auskünfte
Prof. Dr. Christian Schönenberger, Universität Basel/Swiss Nanoscience Institute, Tel. +41 61 267 36 90, E-Mail: christian.schoenenberger@unibas.ch

Weitere Informationen:

http://www.nature.com/ncomms/2015/150303/ncomms7470/full/ncomms7470.html - Abstract & Full Version
https://nanoelectronics.unibas.ch - Forschungsgruppe Prof. Christian Schönenberger, Swiss Nanoscience Institute

Christoph Dieffenbacher | Universität Basel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie