05.07.2021 - Universität Basel

Dehnung verändert die elektrischen Eigenschaften von Graphen

Die elektrischen Eigenschaften von Graphen lassen sich durch eine gleichmässige Dehnung des Materials gezielt verändern, berichten Forschende der Universität Basel. Das ebnet den Weg für die Entwicklung neuartiger elektronischer Bauteile.

Graphen besteht aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen, die wabenförmig angeordnet sind. Das Material ist sehr flexibel und verfügt über hervorragenden elektrischen Eigenschaften, was es für zahlreiche Anwendungen interessant macht – vor allem für elektronische Bauteile.

Forscher um Prof. Dr. Christian Schönenberger am Swiss Nanoscience Institute und am Departement Physik der Universität Basel haben nun untersucht, wie sich durch mechanische Dehnung die elektrischen Eigenschaften des Materials beeinflussen lassen. Dazu haben sie eine Art Streckbrett entwickelt, mit der sie die hauchdünne Graphenschicht kontrolliert dehnen und gleichzeitig ihre elektrischen Eigenschaften messen können.

Sandwich auf der Streckbank

Die Wissenschaftler stellten zunächst ein Sandwich her, bestehend aus einer Lage Graphen zwischen zwei Schichten aus Bornitrid. Aufgebracht wurde das mit elektrischen Kontakten versehene Bauelement auf ein biegsames Substrat.

Anschliessend übten die Forscher mithilfe eines Keils von unten Druck auf die Mitte des Sandwichs aus. «Damit verbiegen wir das Bauelement kontrolliert und verlängern dabei die ganze Graphenschicht», beschreibt Erstautor Dr. Lujun Wang das Vorgehen.

Die Wirkung: «Durch die Dehnung des Graphens konnten wir gezielt den Abstand zwischen den Kohlenstoffatomen verändern und damit deren Bindungsenergie», erklärt Dr. Andreas Baumgartner, der das Experiment betreut hat.

Veränderte Elektronenzustände

Die Forscher kalibrierten die Dehnung des Graphens zunächst mit optischen Methoden. Anschliessend untersuchten sie mittels elektrischen Transportmessungen, wie die Verformung des Graphens die elektronischen Energien verändert. Diese Messungen wurden bei minus 269 Grad Celsius gemacht, damit die Energieänderung überhaupt sichtbar wurde.

«Der Abstand zwischen den Atomkernen beeinflussen direkt die Eigenschaften der Elektronenzustände in Graphen», fasst Baumgartner die Ergebnisse zusammen. «Bei einer gleichmässigen Dehnung können sich nur die Elektronengeschwindigkeiten und die Energie ändern. Die Energieänderung ist im Wesentlichen das theoretisch vorhergesagte ‹skalare Potenzial›, das wir nun experimentell nachweisen konnten.»

Denkbar ist, dass diese Ergebnisse beispielsweise zur Entwicklung von Sensoren oder zu neuartigen Transistoren führen. Kommt hinzu, dass Graphen als Modellsystem für weitere zweidimensionale Materialien dient, die in den vergangenen Jahren weltweit zu einem wichtigen Forschungsthema geworden sind.

Fakten, Hintergründe, Dossiers

Mehr über Universität Basel

  • News

    Neue Substanzklasse für Redox-Reaktionen

    Ein interdisziplinäres Forscherteam stellt eine neue Klasse chemischer Verbindungen vor, die reversibel oxidiert und reduziert werden kann. Die sogenannten «Pyrazinacene» sind einfache, stabile Verbindungen, die aus einer Reihe stickstoffhaltiger Kohlenstoffringe bestehen. Sie eignen sich f ... mehr

    Die künstliche Zelle auf einem Chip

    Forschende der Universität Basel haben ein exakt kontrollierbares System entwickelt, um biochemische Reaktionskaskaden in Zellen nachzuahmen. Sie nutzen die Mikrofluid-Technik um Mini-Reaktionscontainer aus Polymeren herzustellen, die sie mit den gewünschten Eigenschaften ausstatten. Nützli ... mehr

    Wie sich Bakterien an Fasern im Darm festhalten

    Forscher haben den molekularen Mechanismus aufgeklärt, mit dem sich Bakterien an Zellulosefasern im Darm anheften. Indem sie auf zwei verschiedene Arten an die Fasern binden, können sie den Scherkräften im menschlichen Körper standhalten. Das Forschungsteam der Universität Basel und der ETH ... mehr

q&more – die Networking-Plattform für exzellente Qualität in Labor und Prozess

q&more verfolgt den Anspruch, aktuelle Forschung und innovative Lösungen sichtbar zu machen und den Wissensaustausch zu unterstützen. Im Fokus des breiten Themenspektrums stehen höchste Qualitätsansprüche in einem hochinnovativen Branchenumfeld. Als moderne Wissensplattform bietet q&more den Akteuren im Markt einzigartige Networking-Möglichkeiten. International renommierte Autoren repräsentieren den aktuellen Wissenstand. Die Originalbeiträge werden attraktiv in einem anspruchsvollen Umfeld präsentiert und deutsch und englisch publiziert. Die Inhalte zeigen neue Konzepte und unkonventionelle Lösungsansätze auf.

> mehr zu q&more

q&more wird unterstützt von: