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 Physiker entdecken neuen Transportmechanismus von Nanopartikeln durch Zellmembranen
14.12.2018 | Universität des Saarlandes

nachricht Tanz mit dem Feind
12.12.2018 | 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: Data use draining your battery? Tiny device to speed up memory while also saving power

The more objects we make "smart," from watches to entire buildings, the greater the need for these devices to store and retrieve massive amounts of data quickly without consuming too much power.

Millions of new memory cells could be part of a computer chip and provide that speed and energy savings, thanks to the discovery of a previously unobserved...

Im Focus: Quantenkryptographie ist bereit für das Netz

Wiener Quantenforscher der ÖAW realisierten in Zusammenarbeit mit dem AIT erstmals ein quantenphysikalisch verschlüsseltes Netzwerk zwischen vier aktiven Teilnehmern. Diesen wissenschaftlichen Durchbruch würdigt das Fachjournal „Nature“ nun mit einer Cover-Story.

Alice und Bob bekommen Gesellschaft: Bisher fand quantenkryptographisch verschlüsselte Kommunikation primär zwischen zwei aktiven Teilnehmern, zumeist Alice...

Im Focus: An energy-efficient way to stay warm: Sew high-tech heating patches to your clothes

Personal patches could reduce energy waste in buildings, Rutgers-led study says

What if, instead of turning up the thermostat, you could warm up with high-tech, flexible patches sewn into your clothes - while significantly reducing your...

Im Focus: Tödliche Kombination: Medikamenten-Cocktail dreht Krebszellen den Saft ab

Zusammen mit einem Blutdrucksenker hemmt ein häufig verwendetes Diabetes-Medikament gezielt das Krebswachstum – dies haben Forschende am Biozentrum der Universität Basel vor zwei Jahren entdeckt. In einer Folgestudie, die kürzlich in «Cell Reports» veröffentlicht wurde, berichten die Wissenschaftler nun, dass dieser Medikamenten-Cocktail die Energieversorgung von Krebszellen kappt und sie dadurch abtötet.

Das oft verschriebene Diabetes-Medikament Metformin senkt nicht nur den Blutzuckerspiegel, sondern hat auch eine krebshemmende Wirkung. Jedoch ist die gängige...

Im Focus: Lethal combination: Drug cocktail turns off the juice to cancer cells

A widely used diabetes medication combined with an antihypertensive drug specifically inhibits tumor growth – this was discovered by researchers from the University of Basel’s Biozentrum two years ago. In a follow-up study, recently published in “Cell Reports”, the scientists report that this drug cocktail induces cancer cell death by switching off their energy supply.

The widely used anti-diabetes drug metformin not only reduces blood sugar but also has an anti-cancer effect. However, the metformin dose commonly used in the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Tagung 2019 in Essen: LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

14.12.2018 | Veranstaltungen

Pro und Contra in der urologischen Onkologie

14.12.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zu Usability und künstlicher Intelligenz an der Universität Mannheim

13.12.2018 | Veranstaltungen

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

Tagung 2019 in Essen: LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

14.12.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Rittal heizt ein in Sachen Umweltschutz - Rittal Lackieranlage sorgt für warme Verwaltungsbüros

14.12.2018 | Unternehmensmeldung

Krankheiten entstehen, wenn das Netzwerk von regulatorischen Autoantikörpern aus der Balance gerät

14.12.2018 | Medizin Gesundheit

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