Wissenschaftler der Universit?t Bremen erforschen neuen Mechanismus zur gezielten Ver?nderung der Leitf?higkeit von Nanomaterialien. Ihre Entdeckung haben sie kürzlich in der international renommierten Fachzeitschrift ?Nature Communications“ ver?ffentlicht.
Seit einigen Jahren ist es m?glich ultradünne Materialien herzustellen, die nur wenige Atome ?dick“ sind. Das wohl am besten erforschte dieser zweidimensionalen (2d) Materialien ist Graphen, eine atomare Schicht aus Kohlenstoffatomen. Bahnbrechende Experimente zum Graphen wurden 2010 mit dem Nobelpreis in Physik ausgezeichnet. Neben Graphen k?nnen auch andere atomar dünne Materialien wie die Bohr-Nitrid oder so genannte ?bergangsmetalldichalkogenide wie beispielsweise TaS2 hergestellt werden, welches die Physiker in Bremen untersucht haben. Im Gegensatz zu gew?hnlichen Volumenmaterialen befinden sich praktisch alle Atome dieser 2d-Materialien direkt an der Oberfl?che. Wissenschaftler versprechen sich hieraus ganz neue M?glichkeiten zum Ma?schneidern von Materialeigenschaften.
Nanomaterial der Zukunft auf der Spur
Einem internationalen Team von Forschenden der Universit?ten Bremen, Aarhus und Nijmegen ist auf diesem Gebiet nun ein Durchbruch gelungen. Wie sie in der Fachzeitschrift ?Nature Communications“ berichten, hat das Team um Professor Tim Wehling und Dr. Bin Shao vom Institut für Theoretische Physik & Bremen Center for Computational Materials Science der Universit?t Bremen einen neuen Mechanismus zum Einbringen von Elektronen in ultradünne Materialien entdeckt. Mit diesem Trick k?nnte es gelingen, neue Nanomaterialien für die Informations- und Energietechnologie zu entwickeln.
Unordnungsproblematik für 2d Materialien wird umgangen
Das Einbringen von beweglichen Ladungstr?gern in elektronische Materialien, auch Dotierung (englisch ?Doping“) genannt, ist eine wichtige Art der Materialmanipulation. Sie bildet die Grundlage der gesamten heutigen halbleiterbasierten Informationsverarbeitung oder Photovoltaik. In klassischen Halbleitern wie Silizium funktioniert Dotierung durch das Ersetzen einzelner Atome. ?Um ultradünne 2d-Materialien für Anwendungen nutzbar machen zu k?nnen, ist es wichtig diese auch zu dotieren.“, erkl?rt Professor Tim Wehling. Aber weil 2d-Materialien so dünn sind, werden die Elektronen durch das Einbringen von Fremdatomen stark gest?rt. Durch diese so genannten Unordnungseffekte gehen wünschenswerte Eigenschaften wie hohe Leitf?higkeiten oft verloren. ?Der nun entdeckte Dotierungsmechanismus vermeidet die Unordnungsproblematik für 2d-Materialien indem er ausnutzt, dass Elektronen quantenmechanisch an 澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育eren Orten gleichzeitig sein k?nnen. Fremdatome werden hierbei zur Dotierung gar nicht 澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育 ben?tigt. Viel澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育 tunneln die Elektronen st?ndig aus der Umgebung in das 2d-Material hinein und auch wieder heraus“, führt Wehling weiter aus.
Neue Methode erm?glicht hei? begehrte Supraleitung
Für heutige Anwendungen in der Halbleitertechnik wird deutlich weniger als ein Elektron pro 1000 Materialatome bewegt. Die neue Methode erlaubt nun 澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育 als hundertfach st?rkere Dotierungen. Das kann dazu führen, dass sich das Verhalten der Elektronen fundamental ver?ndert. Es k?nnen Effekte wie Supraleitung, also das Flie?en elektrischer Str?me ohne Energieverlust, und sogenannte Ladungsdichtewellen, ein elektronisches Analogon von Wasserwellen, beeinflusst werden.
Basis für breites Anwendungsspektrum
Laut Wehling beschreibt die nun ver?ffentlichte Arbeit zun?chst einmal Grundlagenforschung am Materialsystem von Tantaldisulfid (TaS2) auf einer Goldoberfl?che. ?Der entdeckte Dotierungsmechanismus sollte aber auch allgemeiner für metallische 2d-Materialien funktionieren und somit langfristig einen breiten technischen Einsatz finden k?nnen“, hofft er. Der n?chste Schritt sei es nun, zu verstehen wie dieser Effekt ausgenutzt werden kann, um elektronische Eigenschaften von 2d-Materialien insbesondere Supraleitung und Ladungsdichtewellen gezielt zu manipulieren. Letztere stehen vor dem Hintergrund neuartiger Konzepte der Informationsverarbeitung als m?gliche Bausteine künstlicher neuronaler Netze im Fokus intensiver Forschungsanstrengungen. ?hnliches gilt für den Bereich der Supraleitung, wo neue Materialien Anwendungen im Bereich des nahezu verlustfreien Stromtransports oder besonders effizienter Elektromotoren erm?glichen k?nnten.
Der Artikel ?Pseudodoping of a metallic two-dimensional material by the supporting substrate“ ist nachzulesen unter: www.nature.com/articles/s41467-018-08088-8 (DOI Nummer: doi.org/10.1038/s41467-018-08088-8).
澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育:
www.itp.uni-bremen.de/ag-wehling
www.uni-bremen.de
Fragen beantwortet:
Prof. Dr. Tim Wehling
Institut für Theoretische Physik & Bremen Center for Computational Materials Science
Universit?t Bremen
Tel.: +49 421 218-62039
E-Mail: twehlinguni-bremen.de
