Traditionelle Schmiedetechniken haben chinesische Experten zu einer neuen Nano-Fertigungsmethode inspiriert. Mit dieser Methode stellten sie extrem dünne Metallplatten her, die nur wenige Atome dick sind. Diese zweidimensionalen Materialien besitzen besondere physikalische Eigenschaften, die nun besser untersucht werden können.
Wie bereits erwähnt, haben chinesische Wissenschaftler einen Weg gefunden, Metalle in ultradünne Schichten von nur wenigen Atomen Dicke zu pressen. Diese Entdeckung könnte die Herstellung elektronischer Geräte wie Transistoren, Chips und Detektoren verändern.
Ein Team des Instituts für Physik der Chinesischen Akademie in Peking ließ sich von alten Kupferschmiedetechniken inspirieren und stellte Bleche aus Bismut, Gallium, Indium, Zinn und Blei her, die teilweise nur ein Atom dick waren – hunderttausende Male dünner als ein menschliches Haar.
Außergewöhnlich gute elektrische Leitfähigkeit
In einem Nature -Artikel erklärten die Forschenden, dass ihre ultradünnen Metallbleche – insbesondere das ein Atom dicke Bismut – im Vergleich zu größeren Metallen außergewöhnlich gute elektrische Leitfähigkeit und andere einzigartige Eigenschaften aufwiesen.
Javier Sanchez-Yamagishi, Experte für zwei-dimensionale (2D) Materialien an der University of California, Irvine, sagte, dass das chinesische Team zwar nicht das erste war, das atomar dünne Metalle herstellte, aber ihre Methode besonders war, weil sie „großflächige, wirklich 2D-Metalle“ produzierte.
Wir haben bereits darüber berichtet, dass schwedische Chemiker erstmals eine nur ein Atom dicke Goldschicht hergestellt haben. Diese einatomige Goldschicht wird in Anlehnung an Graphen „Golden“ genannt. Durch die zwei freien Bindungsstellen der Goldatome reagiert sie schneller als gewöhnliches Gold und könnte neue elektrische Eigenschaften besitzen.
Bei dieser Methode werden reine Metalle unter hohem Druck zwischen zwei starren vdW-Schichten geschmolzen und gepresst. So konnten die Forschenden ultradünne 2D-Metalle wie Bismut, Zinn, Blei, Indium und Gallium herstellen.
Die Ambosse bestehen aus MoS₂-Monoschichten auf Saphir. Diese Struktur sorgt für eine gleichmäßige Metallabscheidung und hält dem hohen Druck stand, der für die Herstellung nötig ist. Die 2D-Metalle bleiben durch die MoS₂-Hülle stabil und können ohne schädliche Wechselwirkungen in elektronische Bauteile integriert werden, so die Wissenschaftler.
Graphen und die Herausforderung der 2D-Metalle
Graphen, die zweidimensionale Struktur von Kohlenstoffatomen, wurde 2004 entdeckt. Seitdem wurden fast 2000 ähnliche Materialien theoretisch vorhergesagt, und Hunderte davon konnten im Labor hergestellt werden. Dabei handelte es sich meist um sogenannte Van-der-Waals (vdW)-Schichtkristalle.
Graphen und die meisten anderen zweidimensionalen Materialien entstehen, indem sie als extrem dünne Schichten aus kristallinen Stoffen abgetragen werden. Doch bei Metallen ist das anders – ihre dicht gepackte Struktur macht es deutlich schwieriger, sie in so dünne Schichten zu zerlegen.
Ein großes Ziel der Wissenschaft war es, auch extrem dünne 2D-Metalle zu entwickeln, da diese neue physikalische Phänomene und innovative technologische Anwendungen ermöglichen könnten.
„Die Stabilität und die großen Größen dieser Materialien eröffnen viele Möglichkeiten, sie mit anderen Materialien zu kombinieren und neue elektrische oder photonische Geräte zu entwickeln“, schrieb Sanchez-Yamagishi in einem Übersichtsartikel in Nature.
Ein Beitrag von:
