09.12.2011
Graphen, ein nur aus Kohlenstoff-Atomen bestehendes ultradünnes Material mit ungewöhnlichen Eigenschaften, lässt sich besonders einfach untersuchen, wenn man oxidiertes Silizium als Trägermaterial nutzt, auf dem es sichtbar ist und leicht präpariert werden kann. Da die Substratauswahl auch Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften hat, wird immer wieder versucht, auch andere Materialien mit Graphen zu kombinieren, um eventuell verbesserte oder neue Eigenschaften zu erreichen. Nachdem es in der PTB gelungen war, Graphen auf einem speziell hergestellten GaAs/AlAs-Schichtkristall zu präparieren und sichtbar zu machen, wurden nun erstmals auch die elektrischen Eigenschaften dieser Materialkombination untersucht.
Im Ergebnis zeigten sich einige Vorteile, z.B. eine ohne zusätzliche Präparationsschritte optimierte Ladungsträgerdichte des Graphen, eine höhere Qualität im Vergleich zu identischen Herstellungsschritten auf SiO2, sowie eine geringere Anfälligkeit gegen elektrostatische Schädigung durch eine bei Raumtemperatur bestehende schützende Leitfähigkeit des Substrats. Die für elektrischen Transport relevanten mikroskopischen Parameter wie Streuzeiten und Streulängen bei tiefen Temperaturen unterscheiden sich dagegen nur wenig von den Werten, die mit SiO2 als Substrat beobachtet werden. Mit den Untersuchungen wurden wichtige Kenntnisse über die neue Materialkombination gewonnen, die für mögliche Anwendungen relevant sind, z. B. in der Spintronik oder für Untersuchungen mit akustischen Oberflächenwellen.
Bild:
Graphen-Flocken auf einem GaAs Substrat. Einzel- (ML), Doppel- (BL), und Dreifach-Lagen (TL) aus Graphen sind im optischen Mikroskop leicht unterscheidbar (a); Raster-Elektronen-Mikroskop-Aufnahme eines Quanten-Hall-Bauelements aus Graphen auf GaAs und Bild des in einem Schutzgehäuse montierten Elements (b,c); Messung des Quanten-Hall-Effekts in Magnetfeldern bis 13 T bei einer Temperatur von 50 mK. Punktierte Linien zeigen den quantisierten Widerstandswert h/2e2 (d).
Ansprechpartner: M. Woszczyna
Fachbereich 2.6 : Elektrische Quantenmetrologie