Grafen:Hvad fremspring og pukler kan være godt for

På nuværende tidspunkt grafen er sandsynligvis det mest undersøgte nye materialesystem på verdensplan. På grund af dens forbløffende mekaniske, kemiske og elektroniske egenskaber, det lover mange fremtidige anvendelser - for eksempel inden for mikroelektronik. Elektronerne i grafen er særligt bevægelige og kan, derfor, erstatte silicium, der i dag bruges som grundmaterialet til hurtige computerchips.

I et forskningssamarbejde, forskere fra Leibniz University Hannover og Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) har nu undersøgt, på hvilken måde en ru base påvirker grafenlagets elektroniske egenskaber. Deres resultater tyder på, at det snart vil være muligt at kontrollere plasmoner, dvs. kollektive oscillationer af elektroner, målrettet i grafen, ved nærmest at etablere en bane sammensat af fremspring og pukler til dem. Resultaterne blev offentliggjort i den aktuelle udgave af New Journal of Physics .

Strukturen af ​​grafen i sig selv er fascinerende:Den består af præcis en enkelt, regelmæssigt lag af kulstofatomer. At fremstille dette utroligt tynde lag helt pænt er en stor udfordring. En mulig metode til at udfælde grafen i vid udstrækning på et isolerende substrat er epitaksi, dvs. den kontrollerede vækst af grafen på isolerende siliciumcarbid. Til dette formål, en siliciumcarbid krystal opvarmes i vakuum. Med udgangspunkt i en bestemt temperatur, kulstofatomer migrerer til overfladen og danner et monoatomisk lag på det - stadig faste - siliciumcarbid. Et vigtigt spørgsmål til senere ansøgninger er, hvordan defekter og trin på siliciumcarbidoverfladen påvirker de elektroniske egenskaber af den grafen, der dyrkes på den.

Inden for rammerne af et forskningssamarbejde mellem PTB og Leibniz University Hannover, indflydelsen af ​​defekter i grafenet på de elektroniske egenskaber er blevet undersøgt. Under undersøgelserne, særlig opmærksomhed blev lagt på defekternes indflydelse på en speciel elektronisk excitation, de såkaldte plasmoner.

Ved forskellig prøveforberedelse, først og fremmest siliciumcarbidkrystaller med forskellig overfladeruhed og, dermed, med en anden koncentration af overfladedefekter blev undersøgt, hvor, efterfølgende, dannet grafen. Defekternes indflydelse på plasmonexcitationerne blev derefter undersøgt ved hjælp af lavenergi elektrondiffraktion (SPA-LEED) og elektrontabsspektroskopi (EELS).

Processen afslørede en stærk afhængighed af plasmons levetid af overfladekvaliteten. defekter, da de er forårsaget på trinkanter og korngrænser, hæmmer kraftigt udbredelsen af ​​plasmonerne og forkorter deres levetid drastisk. Her er det bemærkelsesværdigt, at plasmonernes andre elektroniske egenskaber, især deres spredning, forbliver stort set upåvirket.

Dette åbner interessante muligheder for den fremtidige tekniske anvendelse og anvendelse af plasmoner (den såkaldte "plasmonics") i grafen. Ved selektiv justering af overfladeruheden, forskellige grafenområder kunne genereres, hvor plasmonerne enten er kraftigt dæmpede eller kan forplante sig næsten uhindret. På denne måde plasmonerne kunne ledes langs "plasmonledere" med lav overfladeruhed specifikt fra et punkt på en grafenchip til et andet.