Schneller wenn eben

Unebenheiten in Graphen verlangsamen die mittlere Bewegung von Elektronen. Wenn die Graphenlage wie eine Tischdecke an zwei gegenüberliegenden Enden gezogen wird, werden die Unebenheiten geglättet und der Elektronentransport verbessert. (Bild: Swiss Nanoscience Institute, Universität Basel)

Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institute und des Departements Physik der Universität Basel haben eine Technik zur Reduktion von Unebenheiten in Graphenschichten entwickelt. Dies führt zu einer verbesserten Probenqualität und kann auch auf andere zweidimensionale Materialien angewendet werden. Die Ergebnisse wurden kürzlich in «Physical Review Letters» publiziert.

Unebenheiten auf einer Straße verlangsamen unser Tempo, Unebenheiten in Graphen bewirken das Gleiche für wandernde Elektronen. Werden die Unebenheiten abgeflacht, können sich die Elektronen schneller durch eine Graphenschicht bewegen.

Seit seiner Entdeckung hat sich die Probenqualität von Graphen erheblich verbessert. Ein Faktor, der weitere Verbesserungen verhinderte, war bisher nicht direkt untersucht worden: Riffelungen in der Graphenschicht. Das sind mikroskopische Verzerrungen, die sich selbst dann bilden, wenn die Graphenschicht auf atomar flache Oberflächen gelegt wird. Solche Riffelungen können die Elektronen streuen, wenn sie sich durch ein elektronisches Gerät bewegen.

Das Team von Professor Christian Schönenberger vom Departement Physik und Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel hat eine Technik entwickelt, um die Graphenplatte auf zwei gegenüberliegenden Seiten zu ziehen und sie dadurch zu glätten.

«Man kann sich das vorstellen wie das Ziehen an einem Stück zerknittertem Papier, das auch dazu führt, dass Falten und Knicke vermindert werden,» sagt Lujun Wang, Erstautor der Studie. «Nach diesem Prozess bewegen sich die Elektronen effektiv schneller durch die Graphenfolie, ihre «Beweglichkeit» nimmt zu, was eine verbesserte Probenqualität demonstriert,» fügt sein Betreuer Dr. Andreas Baumgartner hinzu.

Diese Erkenntnisse helfen nicht nur, den Elektronentransport in Graphen weiter zu verstehen, sondern liefern auch Hinweise für die Untersuchung anderer zweidimensionaler Materialien.

Originalarbeit:
Mobility Enhancement in Graphene by in situ Reduction of Random Strain Fluctuations
Lujun Wang, Péter Makk, Simon Zihlmann, Andreas Baumgartner, David I. Indolese, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, and Christian Schönenberger
Phys. Rev. Lett. 124, 157701
DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.157701