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 VLT macht den präzisesten Test von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie außerhalb der Milchstraße
22.06.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Neue Phänomene im magnetischen Nanokosmos
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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