Quasi-freistehendes Graphen

• Antragsteller: Professor Dr. Carsten Busse
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 242334915

Das zweidimensionale Material Graphen hat eine ganze Reihe von faszinierenden Eigenschaften wie eine hohe Mobilität der relativistischen Ladungsträger, ballistischen Transport, optische Transparenz, eine hohe mechanische Festigkeit und ein sehr hohes Verhältnis von Masse zu Oberfläche. Räumlich begrenzte Strukturen wie quasi-1D Nanobänder oder quasi-0D Quantenpunte ermöglichen es, die Eigenschaften von Graphen gezielt zu beinflussen und neue Effekte hervorzurufen: Die Nanostrukturen stellen Quantentöpfe dar, in denen die Quantisierung zu diskreten Zuständen der Dirac-Elektronen führt. Dies ruft auch eine elektroische Bandlücke hervor, die für die Verwendung von Graphen in Transistoren erforderlich ist. An den Kanten von Graphen-Nanostrukturen tritt der besondere elektronische Kantenzustand auf: Er befindet sich direkt bei der Fermi-Energie und bestimmt so die Transporteigenschaften im Fall von gut geordneten Kanten. Höchstwahrscheinlich ist dieser Kantenzustand spinpolarisiert und kann dadurch dem Graphen die Eigenschaften eines Spinfilters verleihen. Bisher ist dieser Zustand jedoch nur in einigen wenigen Experimenten beobachtet worden und viele Fragen sind noch offen. Ein grundlegendes Problem ist, dass die oben angesprochenen Effekte durch die Wechselwirkung des Graphens mit seiner Umgebung stark beeinflusst werden können. Hier ist zum einen die Ankopplung des Graphens an ein Substrat störend, andererseits weisen auch die Kanten von Nanostrukturen unter realen Bedingungen zahlreiche strukturelle und chemische Defekte auf. In diesem Antrag werden wir Hybridmaterialien aus Graphen und hexagonalem Bornitrid entwickeln. Durch die Einbettung von Graphen in den isostrukturellen Isolator Bornitrid sind die Eigenschaften dieses neuen Materials denen von freistehendem Graphen sehr ähnlich. Dadurch wird eine grundlegenede Untersuchung der speziellen elektronischen Eigenschaften möglich.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1459: Graphene