Posted in: Physik, Technik 24. Januar 2008 11:57 Weiter lesen →

Freie Bahn für Elektronen

Grafik zeigt eine gewelltes Graphen-Blättchen, aufgebaut aus sechseckigen RingenHauchdünne Blättchen aus reinem Kohlenstoff legen dem elektronischen Strom weniger Steine in den Weg als jeder andere bekannte Werkstoff. Das zeigen Messungen, die eine internationale Forschergruppe im Fachblatt „Physical Review Letters“ vorstellt. Das als Graphen bezeichnete Material könnte daher den Weg zu extrem schnellen elektronischen Schalt- und Schwingkreisen eröffnen.

Im molekularen „Hühnerdraht“ des Graphens kommen Elektronen besonders leicht voran. Grafik: Yannik Meyer/University of Manchester

„Graphen zeigt die höchste elektronische Qualität aller bekannten Materialien – höher als die von Kupfer, Gold, Silizium, Galliumarsenid, Kohlenstoffnanoröhrchen“, erklärt Andre Geim von der University of Manchester. „Es ist das einzige Material, das wir kennen, in dem Elektronen bei Raumtemperatur Tausende Atomabstände zurücklegen können, ohne gestreut zu werden.“

Graphen ist das molekulare Gegenstück zum Hühnerdraht. Es handelt sich um eine einzige Schicht von Kohlenstoffatomen, die in einem sechseckigen Muster miteinander verknüpft sind. Mehrere dieser quasi zweidimensionalen Schichten übereinander gestapelt, ergeben das aus der Bleistiftmine bekannte Graphit.

Über die Eigenschaften des Graphens war bereits in den 40er-Jahren spekuliert worden. Doch erst im Jahr 2004 gelang es Geim und seiner Arbeitsgruppe, mit Klebeband einzelne Graphenschichten von einem Graphitstückchen zu pellen. Schon bald zeigte sich, dass Elektronen mit verblüffender Leichtigkeit durch den „Hühnerdraht“ eilen können.

Geim und seine Kollegen glauben, dass ihre neuen Messungen die Obergrenze für die Beweglichkeit der Elektronen setzen – allerdings eine sehr großzügig bemessene. Die Elektronenmobilität in Graphen kann demnach bis zu 200.000 Quadratzentimeter pro Volt und Sekunde erreichen.

Der Wert gibt gewissermaßen an, welche Geschwindigkeit Elektronen erreichen, wenn sie in einem „Wald“ aus Atomen ein elektrisches Gefälle hinab rollen. Im Falle des Graphens scheinen sie durch die Kohlenstoff-„Bäume“ kaum gebremst zu werden. Zum Vergleich: Der Wert in Galliumarsenid, wie es in den schnellen Schaltkreisen von Mobiltelefonen zum Einsatz kommt, liegt bei 8.500 cm2/Vs.

Forschung: Sergey V. Morozov, Kostya S. Novoselov und Andre K. Geim, Manchester Centre for Mesoscience and Nanotechnology, University of Manchester, und Institute for Microelectronics Technology, Chernogolovka; und andere

Veröffentlichung Physical Review Letters, Vol. 100, Artikel 016602, DOI 10.1103/PhysRevLett.100.016602

WWW:
Mesoscopic Physics Group, Andre Geim
Graphite and Graphene
Elektronenmobilität
Atomic Crystals Go 2D

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