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Elektrische Charakterisierung von Graphen aus aromatischen Molekülen

22.11.2013

In einer Kooperation mit der Universität Bielefeld wurden die elektronischen Eigenschaften der dort mit einem neuen Verfahren hergestellten Graphenschichten mit elektrischen Magneto-Transportmessungen bei tiefen Temperaturen untersucht.

Graphen, ein Kristall aus nur einer Lage von Kohlenstoffatomen, die im regelmäßigen Sechseck angeordnet sind, gilt als ein Material, dem auch in der Metrologie ein großes Potential zugetraut wird. Eine neue und sehr flexible Variante zu seiner Herstellung wurde von der Universität Bielefeld in Zusammenarbeit mit der Universität Ulm und drei Fachbereichen der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) entwickelt.

Im Unterschied zu anderen Methoden kamen dabei aromatische Moleküle auf verschiedenen Substraten zum Einsatz. Durch Bestrahlung mit niederenergetischen Elektronen und nachfolgendes thermisches Ausheilen gelang es, eine selbst-organisierte Einzellage dieser Moleküle in Graphen umzuwandeln. Für die Untersuchung seiner chemischen und physikalischen Eigenschaften wurden verschiedene Charakterisierungsmethoden der Universitäten Ulm und Bielefeld und der PTB genutzt. Die elektrischen Transportmessungen bei tiefen Temperaturen und hohen Magnetfeldern bestätigten, dass aus den aromatischen Molekülen wirklich Graphen von hervorragender kristalliner und elektronischer Qualität entstanden war.

Durch die Flexibilität der Elektronenbestrahlung, die sowohl großflächig als auch mit hervorragender Ortsauflösung an kleinen wohldefinierten Stellen möglich ist, lassen sich nun Graphenstrukturen mit prinzipiell beliebiger Form erzeugen, z.B. Quantenpunkte, Nanostreifen oder andere Nano-Geometrien mit spezifischer Funktionalität.

Weitere Vorteile entstehen durch die Vielseitigkeit der Methode der selbst-organisierten Beschichtung. Man kann sie mit unterschiedlichen aromatischen Molekülen durchführen, die z.B. auch Dotieratome zur elektronischen Dotierung des Endprodukts enthalten könnten.

 

 

Bild 1: Durch elektrische Transportmessungen bei tiefen Temperaturen und in hohen Magnetfeldern wurde die ausgezeichnete elektronische Qualität und der Monolagen-Charakter des mit dem neuen Verfahren hergestellten Graphen nachgewiesen.

 

 

 

Ansprechpartner: F. J. Ahlers
Fachbereich 2.6: Elektrische Quantenmetrologie