Die elektrischen Eigenschaften von Graphen lassen sich durch eine gleichmässige Dehnung des Materials gezielt verändern, wie Forscher der Universität Basel herausgefunden haben. Dies ebnet den Experten zufolge den Weg für die Entwicklung neuartiger elektronischer Bauteile.
Um die Eigenschaften des vielseitig einsetzbaren Kohlenstoffmaterials unter Dehnung zu erforschen, haben die Baseler Wissenschaftler eine Art Streckbrett entwickelt, mit der sie die hauchdünne Graphenschicht kontrolliert dehnen und gleichzeitig ihre elektrischen Eigenschaften messen können. Sie 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 Schweizer 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 Lujun Wang das Vorgehen. Die Wirkung: "Durch die Dehnung des Graphens konnten wir gezielt den Abstand zwischen den Kohlenstoffatomen verändern und damit deren Bindungsenergie", fügt Wangs Kollege Andreas Baumgartner, der das Experiment betreut hat, ergänzend hinzu.
Die Forscher kalibrierten die Dehnung des Graphens zunächst mit optischen Methoden. Dann 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 beeinflusst direkt die Eigenschaften der Elektronenzustände in Graphen. 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", so Baumgartner abschliessend.
