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Nano-Forscher der Universität Graz charakterisieren den Einfluss von Defekten auf einzelne
Graphendrähte
Graz (universität) - Elektronische Bauteile wie Schalter oder Transistoren, die aus einem einzigen
Molekül bestehen, könnten in Zukunft die Technik revolutionieren. Die Grundlagen dafür erforscht
die Arbeitsgruppe Single-Molecule Chemistry an der Universität Graz unter der Leitung von Leonhard Grill.
Das Team hat nun herausgefunden, dass Graphendrähte, ein vielversprechender Typ der die für die zukünftigen
Anwendungen nötigen molekularen „Kabel“, durch strukturelle Fehler biegsamer werden. Die Ergebnisse sind soeben
im Fachmagazin Physical Review Letters erschienen und wurde dort als „Editors’ Suggestion“ ausgezeichnet.
„Graphendrähte sind interessante Kandidaten als Miniatur-‚Kabel‘ für Schaltungen, weil sich ihre elektronischen
Eigenschaften über ihre Breite von wenigen Nanometer einstellen lassen“, berichtet Grill. Bei der Herstellung
können Defekte entstehen – also Stellen, an denen sich der Kristall nicht ordentlich ausbildet. „Bisher hat
noch niemand untersucht, wie sich diese Fehler auf die Funktionalität auswirken“, so der Forscher. Seine Arbeitsgruppe
konnte nun zeigen, dass diese Defekte die Flexibilität der Drähte erhöhen, die elektrischen Eigenschaften
aber unverändert lassen.
Um die Messungen durchführen zu können, setzten die Physiker durch den Einsatz der richtigen Molekülbausteine
die Drähte auf einer Goldoberfläche zusammen. Durch gezielte Veränderung der Probentemperatur können
sie die Defektdichte in der Kette einstellen. „Wir beobachteten, dass strukturelle Fehler in Gruppen auftreten,
ein Zeichen für kooperatives Verhalten“, schildert Grill. Anschließend hoben die Forscher mit der extrem
feinen Spitze eines Rastersondenmikroskops ein freies Ende eines Graphendrahtes hoch, um sowohl das elektrische
Verhalten als auch die mechanischen Eigenschaften eines einzelnen Drahtes simultan und in Echtzeit zu studieren.
Je mehr Defekte ein Graphendraht hatte, umso mehr konnte er gebogen werden – ein Beweis für erhöhte Flexibilität.
„Interessanterweise stellte sich heraus, dass die Anzahl der Defekte kaum Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften
und die elektrische Leitfähigkeit hat“, so der Physiker. Die Ergebnisse könnten daher für zukünftige
Anwendungen der Nanotechnologie von Interesse sein, bei denen mechanische Flexibilität erforderlich ist, die
elektronischen Eigenschaften jedoch erhalten bleiben sollen.
Publikation: Matthias Koch, Zhi Li, Christophe
Nacci, Takashi Kumagai, Ignacio Franco, and Leonhard Grill, „How structural defects affect the mechanical and electrical
properties of single molecular wires“, Physical Review Letters 121
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.047701
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