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Graphen

Viel versprechender Bänderriss

Forscher haben Unerwartetes am eigentlich höchst stabilen Graphen beobachtet. Mit ein bisschen Hilfe reißt es in dünne Bänder. Das bringt sie nun auf Ideen.
Das dreieckige Loch lässt drei sternförmig reißende Bänder in der Graphenschicht entstehen

Es ist ein Durchbruch der besonderen Art: Als James Annett mit einer Diamantnadel die Oberfläche von Graphenproben abfuhr, durchstach er wiederholt die ein Atom dicke Kohlenstoffschicht. An manchen Stellen führte dies dazu, dass nur wenige Nanometer breite Bänder des Materials einrissen und sich von allein aufwickelten – ein völlig unerwartetes Verhalten. "Als mir James seine Ergebnisse zeigte, war mir sofort klar, dass wir etwas sehr Wichtiges entdeckt haben", sagt Annetts Betreuer Graham Cross. Die beiden Wissenschaftler vom Trinity College Dublin haben ihre Beobachtungen nun in einer Studie publiziert.

Mehrlagige Graphenschichten, wie sie entstehen, wenn sich die losgerissenen Bänder einrollen oder übereinanderlegen, sind energetisch günstiger als die reine, einlagige Graphenschicht. Allerdings sind die Bindungen der Kohlenstoffatome stark genug, um das Material in der zweidimensionalen Anordnung zu fixieren. Offenbar setzt das Durchstoßen dieser Schicht jedoch einen Prozess in Gang, bei dem teils auf mehreren Mikrometern Länge die Kohlenstoffverbindungen brechen. Oszillationen der Diamantnadel helfen anscheinend dabei, den Vorgang gezielt anzustoßen.

Wie die Bänder reißen, können Annett und Cross allerdings noch nicht steuern. In noch nicht publizierten Experimenten sei es aber bereits gelungen zu bestimmen, wie sich die Schichten stapeln, erklärt Cross in "Nature News". Die Fähigkeit, das Reißen gezielt zu beeinflussen, ist eine Voraussetzung, will man das Verhalten technisch nutzen. Sein großer Vorteil könnte darin bestehen, dass nicht jedes Strukturmerkmal eigenhändig aus der Graphenschicht gefräst werden müsste, etwa mit Lasern oder Plasma. Eine Anordnung feiner Nadeln reiche vielleicht schon, um entsprechende Selbstorganisationsprozesse in Gang zu setzen.

Graphenbänder, auch Nanoribbons genannt, unterscheiden sich unter anderem in ihren elektrischen Eigenschaften von normalem Graphen. Sie eigenen sich dadurch beispielsweise besser für den Einsatz als Schalter (Transistor) in der Computertechnik. Auch Kondensatoren müssten sich mit den Bändern bauen lassen, meint Cross. Eine Struktur aus Graphen-Nanoribbons könnte auch dazu dienen, die Bauteile eines Chips untereinander zu verknüpfen.

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