15/03/2012 - Ein neues Material imitiert die exotischen Eigenschaften von Grafen

Menéame

Forscher an der Universität Stanford (USA) und dem Wissenschaftlichen Forschungsrat (CSIC) haben ein Material entwickelt, das die exotischen Eigenschaften von Grafen nachahmt. Die Arbeit, die diese Woche in 'Nature' veröffentlicht wird, eröffnet den Weg, um Materialien mit graffenähnlichen Eigenschaften und neuen maßgeschneiderten Geräten in großem Maßstab zu synthetisieren.

Der Grafen, zu Pferd zwischen einem Metall und HalbleiterEs ist zweidimensional und zeichnet sich durch eine einzige Schicht von Kohlenstoffatomen in einem sechseckigen Netz aus; es ist transparent, wasserdicht, hart und elastisch und hat bestimmte Verformungen, die zu sehr hohen Magnetfeldern führen. Als es den Nobelpreisträgern für Physik 2010 Andre Geim und Konstantin Novoselov von der Universität Manchester gelang, dieses Material vor acht Jahren zu isolieren, öffneten sie auch die Tore zum Wissen über diese einzigartigen Eigenschaften.

"Die Elektronen des Graphen verhalten sich wie Elementarteilchen der Nullmasse, d.h. sie bewegen sich bei Geschwindigkeiten, die der des Lichts nahe sind. Darüber hinaus führen die Verformungen des Kristallnetzes zu ähnlichen Wirkungen wie ein Magnetfeld, aber viel größer als die, die in einem Labor auf Erden erzielt werden können," betont Guinea, Mitautor der Studie und Nationaler Forschungspreis 2011 in Physik.

Ein möglicher Ersatz

Diese Besonderheiten wurden nun durch die Platzierung von Kohlenstoffoxidmolekülen (CO) "in geeigneten Positionen" auf einer Kupferoberfläche reproduziert. Durch die Verwendung eines elektronischen Abtastmikroskops gelang es den Wissenschaftlern, diese Moleküle "zu pressen." Die Ausbreitung der Elektronen entlang der Kupferoberfläche wurde durch die Moleküle verändert, was zu qualitativ ähnlichen Eigenschaften wie Grafen führte.

Die Wissenschaftler arbeiten seit Jahren mit diesem Material und glauben, dass Anwendungen - in so unterschiedlichen Bereichen wie Elektronik, Mobiltelefon, Luftfahrt oder Kohlenwasserstoff-Prozessoren - nicht erwartet werden. Das Hauptproblem besteht darin, dass es immer noch nicht möglich ist, genügend Mengen für die groß angelegte Herstellung zu haben.

Nach Guinea stellt die in dieser Arbeit beschriebene Herstellungsmethode einen weiteren Schritt in der künftigen Beschaffung von Materialien mit graffenähnlichen Eigenschaften dar, die jedoch verstärkt oder modifiziert werden. "Unsere Methode hat es uns ermöglicht, alle Arten von Formationen und pseudomagnetischen Feldern zu bekommen. Darüber hinaus haben wir einen Grad der Kontrolle über diese Eigenschaften, die in der Grafen ist sehr schwierig zu erhalten," fügt der Forscher.

Die Herstellung und weitere Charakterisierung des neuen Materials wurde an der Universität Stanford in Kalifornien (USA) durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mit theoretischen Modellen verglichen, die am Madrider Institut für Materialwissenschaft (CSIC) entwickelt wurden.

Bibliographische Referenz:

Kenjiro K. Gomes, Warren Mar, Wonhee Ko, Francisco Guinea, y Hari C. Manoharan. “Designer Dirac fermions and topological phases in molecular grapheme”. Nature 483, 15 de marzo de 2012. DOI: 10.1038/nature10941.

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