Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Aufruhr auf der Nanoskala – Topologische Isolatoren leisten Widerstand

10.05.2016

Die kleine Kante ist nur rund fünf Atomschichten dick, doch sie reicht aus, um eine feste Theorie ins Wanken zu bringen: An Topologischen Isolatoren, den Hoffnungsträgern z.B. für Quantencomputer, forschen Projektleiter Dr. Christian Bobisch und Sebastian Bauer vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE), gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Sie wiesen nach, dass Kanten auf der Oberfläche die elektrische Leitfähigkeit beeinflussen, indem sie wie kleine Widerstände wirken – was aber gleichzeitig die Tür zu einem präzisen elektronischen Oberflächendesign öffnet. Ihre Erkenntnisse erschienen soeben in der Fachzeitschrift „Nature Communications“.

Einige Bauteile elektronischer Schaltungen sind heute nur noch 14 Nanometer groß. Doch hier kommt der Trend zu immer kleineren Komponenten an seine Grenze:


Die Abbildung zeigt, wie sich die Spannung an der Oberfläche der Probe verändert: Die Stufenkanten wirken wie kleine Widerstände und führen so zu Spannungssprüngen. Bildnachweis: nature publishing group

In diesen winzigen Dimensionen tauchen zunehmend Quanteneffekte auf, die die klassische, siliziumbasierte Technik unmöglich machen. Für zusätzliche Probleme sorgt die Wärme in den dicht gepackten Schaltungen.

Forscher setzen daher ihre Hoffnungen auf eine neue Materialklasse, die erst vor wenigen Jahren entdeckt wurde: die Topologischen Isolatoren. Während diese im Innern isolierend sind, leiten sie gleichzeitig auf ihrer Oberfläche elektrischen Strom. Die bisher anerkannte Theorie besagte, dass diese Leitfähigkeit nicht durch Oberflächendefekte beeinträchtigt wird.

Die Physiker Sebastian Bauer und Dr. Christian Bobisch wiesen nun nach, dass dies sehr wohl der Fall ist: Sie gehören zu den wenigen Wissenschaftlern, die die Rastertunnelpotentiometrie beherrschen – eine Methode, die mit atomarer Genauigkeit gleichzeitig misst, wie eine Oberfläche beschaffen ist und wo Strom entlangfließt.

In ihrer Probe aus Bismuthselenid (Bi2Se3) konnten sie zeigen, dass jede nanometerhohe Kante einer rauen Oberfläche wie ein winziger Widerstand wirkt. Insgesamt reduzieren sie die Leitfähigkeit der ganzen Schicht.

Bobisch interpretiert seine Ergebnisse keineswegs als Rückschlag, sondern als zusätzlichen Vorteil: „Wir können nun das Potenzial der Topologischen Isolatoren in künftigen Bauelementen realistischer einschätzen. Und es ergeben sich ganz neue Möglichkeiten. Es ist denkbar, mit diesem Wissen die Oberfläche bewusst zu designen – wo soll viel Strom fließen, wo weniger?“ So würden sich Streuverluste verringern und damit automatisch auch die Erwärmung.

Originalpublikation:
Bauer, S. and Bobisch, C. A. Nanoscale electron transport at the surface of a topological insulator. Nat. Commun. 7:11381 doi: 10.1038/ncomms11381 (2016).


Weitere Informationen:
Dr. Christian Bobisch, Fakultät für Physik, Tel. 0203/379-2558, christian.bobisch@uni-due.de

Redaktion: Birte Vierjahn, Tel. 0203/379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

Katrin Koster | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Unser Gehirn behält das Unerwartete im Blick
17.08.2018 | Philipps-Universität Marburg

nachricht Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt
16.08.2018 | Universität Bern

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: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Im Focus: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

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

Bionik im Leichtbau

17.08.2018 | Verfahrenstechnologie

Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen

17.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

HAWK-Ingenieurinnen und -Ingenieure entwickeln die leichteste 9to-LKW-Achse ihrer Art

17.08.2018 | Messenachrichten

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