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Materialwissenschaften: Freie Graphen-Schichten sind gewellt

Freie Graphenschicht auf UnterlageLaden...

Forscher des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung in Stuttgart und der Universität Manchester haben freiliegende Graphen-Schichten ohne Stützsubstrat hergestellt. Diese nur aus einer Lage Kohlenstoff-Atome bestehenden Membranen erwiesen sich als verblüffend stabil, was auf ihre Wellpappe ähnliche Struktur zurückgehen dürfte [1].

GraphenLaden...
Graphen | Modell einer Graphen-Membran: Deutlich ist ihre gewellte Struktur zu erkennen, die ihr womöglich die unerwartete Stabilität verleiht.

Jannik Meyer und seine Kollegen hatten die Schichten wie üblich von Graphitblöcken abgeschabt und zunächst auf einem Silizium-Kristall mit einer Oxidschicht von genau definierter Dicke abgelegt. So konnten sie einzelne Lagen im Mikroskop an der Farbe erkennen. Dann positionierten sie ein feines Goldgitter darüber und lösten das Silizium-Substrat chemisch auf. Die nur Quadratmikrometer winzigen, nun freitragenden Graphen-Membranen blieben dabei an den Golddrähten hängen.

Graphen-Membran auf GoldgitterLaden...
Graphen-Membran auf Goldgitter | Auf einem Gitter aus Golddrähten konnten die Forscher freitragende Graphen-Lagen herstellen. Größenmaßstab 500 Nanometer.

In bisherigen Experimenten blieben die Graphen-Schichten auf ihren Unterlagen liegen oder wurden sogar regelrecht darüber gespannt, wie im Falle einer erst kürzlich realisierten "Nanotrommel". Ob die hauchdünnen Gebilde, die erst vor drei Jahren entdeckt wurden, auch ohne Träger bestehen können, war bislang unklar.

Der Arbeitsgruppe um Andre Geim in Manchester war es außerdem gelungen, aus Graphen einen Ein-Elektronen-Transistor herzustellen, indem sie winzige Stücke aus einer Lage herausätzten. Hier blockiert ein einzelnes Elektron, das in einer Graphen-Miniatur gefangen wird, den weiteren Elektronenfluss. Bisher wurden solche Ein-Elektronen-Transistoren aus gängigen Halbleitermaterialien hergestellt, sie funktionierten aber nur bei niedrigen Temperaturen. Der Graphen-Nachfolger hingegen arbeitet auch bei Raumtemperatur. Die Kohlenstoff-Lagen werden daher nicht nur als molekulare Siebe, sondern ebenso als Nachfolger von Silizium in der Mikroelektronik diskutiert [2]. Noch ist ihre Herstellung allerdings sehr teuer und nur in kleinem Maßstab möglich. (af)

02.03.2007

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 02.03.2007

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