Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Graphen kontrolliert wachsen lassen

06.04.2009
Erste Ergebnisse einer Forschungskooperation aus Hannover und Braunschweig

Seit es im Jahr 2004 zwei Forschergruppen unabhängig voneinander geschafft haben, Graphen herzustellen und elektrisch zu vermessen, ist eine Art Goldrausch um den neuen Verwandten des Graphit entstanden.

Denn die nur aus einer Lage Atome bestehenden Kohlenstoff-Schichten haben interessante Eigenschaften. Zum Beispiel sind die Elektronen darin besonders beweglich und könnten in zukünftigen schnellen Computerchips die heute verwendeten Halbleiter-Materialien ersetzen. Doch die Forschung ist noch am Anfang. Weltweit wird intensiv nach einem kostengünstigen, gut kontrollierbaren Massenproduktionsverfahren gesucht.

Eine mögliche Methode, großflächig Graphen zu erzeugen, ist die Epitaxie, das kontrollierte Wachstum von Graphen im Vakuum. Erste Ergebnisse einer Forschungskooperation zwischen der Leibniz Universität Hannover und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) versprechen nun eine bessere Kontrolle des Wachstums einzelner Graphen-Schichten. Sie wurden jetzt in dem Fachblatt Applied Physics Letters veröffentlicht.

Nach diesen ersten Untersuchungen der Wechselwirkungen zwischen den Schichten zielen die folgenden Arbeiten in Hannover auf die Wechselwirkungen innerhalb der Schichten. Dann folgt der Part der PTB: dort soll der Quanten-Hall-Effekt gemessen werden, was bisher an derart selbstorganisiert gewachsenem Graphen noch nie gelungen ist.

Das Rezept lautet - etwas vereinfacht - so: Ein Stück Siliciumcarbid (im Vakuum) wird erhitzt. Ab einer bestimmten Temperatur wandern die Kohlenstoffatome an die Oberfläche und lagern sich als feine Schicht auf dem noch festen Siliciumcarbid ab. Nun wird die Probe wieder abgekühlt und es entstehen eine, zwei oder mehrere schönste Graphenschichten: Kohlenstoff in einer regelmäßigen sechsteiligen Ringstruktur, wie beim Graphit, nur hier eben zweidimensional. „Eine der interessanten Fragen, die zurzeit viele Forscher umtreibt, war für uns: Ist bereits die erste abgelagerte Schicht echtes Graphen?“ erklärt Dr. Christoph Tegenkamp, Institut für Festkörperphysik an der Leibniz Universität Hannover und Leiter des Projektes. Dr. Tegenkamp und seine Kollegen haben mit verschiedenen Methoden, darunter Rastertunnelmikroskopie, niederenergetische Elektronenbeugung (LEED) und Elektronen-Energieverlust-Spektroskopie (EELS), die Wechselwirkungen zwischen dieser ersten Kohlenstoffschicht mit ihrer „Unterlage“ aus Siliciumcarbid untersucht. „Da das Graphen als zweidimensionale Schicht auf dem Siliciumcarbid-Substrat liegt, gibt es Restwechselwirkungen“, sagt Dr. Tegenkamp. „Damit wird sich diese erste Schicht elektrisch noch nicht ganz wie Graphen verhalten, ist aber dicht dran“. Jetzt warten die nächsten Schritte auf das Team: Die Wissenschaftler wollen mehr über die Wechselwirkungen innerhalb einer einzelnen Graphen-Schicht herausfinden. Damit geht das Projekt in eine noch spannendere Phase. „Für diese Untersuchungen stehen an der Leibniz Universität weltweit einzigartige Untersuchungsmethoden zur Verfügung“, erklärt Dr. Tegenkamp.

Anschließend sollen in der PTB hochpräzise elektrische Messungen des Quanten-Hall-Effekts in Graphen folgen. Der Quanten-Hall-Effekt in halbleitenden Proben wird schon seit Längerem dafür genutzt, um ein Quantennormal des elektrischen Widerstands zu realisieren, also für die Einheit Ohm. „Wir sind sehr gespannt, was wir in Graphen sehen werden“, sagt Dr. Hans Werner Schumacher, Arbeitsgruppenleiter in der PTB. Seine Kollegen und er interessieren sich vor allem für eine Besonderheit des Quanten-Hall-Effekts in Graphen: Nur in diesem Material ist er im Prinzip schon bei Zimmertemperatur zu beobachten. Im Gegensatz dazu tritt er in den bisher verwendeten halbleitenden Materialien nur dann auf, wenn die Proben auf ein paar Grad an den absoluten Nullpunkt heran, also auf unter -268 °C gekühlt werden. Graphen könnte deshalb in Zukunft als deutlich einfacheres Quanten-Widerstandsnormal genutzt werden.

Wegen dieser wichtigen metrologischen Anwendung verfolgt die PTB noch einen zweiten Ansatz rund ums Graphen: Neben Untersuchungen an „gewachsenem“ Graphen laufen zurzeit bereits elektrische Messungen an mechanisch erzeugtem Graphen, das durch Auseinanderblättern einzelner ato¬¬¬marer Graphitschichten entsteht. „Testmessungen versprechen eine interessante Bestätigung für den besonderen Quanten-Hall-Effekt“, erläutert der zuständige PTB-Wissenschaftler Franz-Josef Ahlers. Genauere Zahlen sollen in einigen Monaten folgen.

Die Originalveröffentlichung:
Graphitization process of SiC (0001) studied by electron energy loss spectroscopy. T. Langer, H. Pfnür, H.W. Schumacher, and C. Tegenkamp. Applied Physical Letters 94, 112106 (2009).

Link: http://link.aip.org/link/?APPLAB/94/112106/1

Dr. Stefanie Beier | Leibniz Universität Hannover
Weitere Informationen:
http://www.uni-hannover.de
http://link.aip.org/link/?APPLAB/94/112106/1

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Proteintransport - Stau in der Zelle
24.03.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Neuartige Halbleiter-Membran-Laser
22.03.2017 | Universität 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: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise