Wissenschaftliche Sensation 17.02.2014, 14:29 Uhr

Graphenstruktur erstmals aus Halbleitern nachgebaut

Graphen gilt als Werkstoff der Superlative. Jetzt gibt es ein Material, das die gleiche Struktur hat, aber aus klassischen Halbleitern aufgebaut ist. Das könnte noch sensationellere Eigenschaften haben.

Struktur von Graphen: Die Kohlenstoff-Verbindung gilt als "Wundermaterial". Jetzt haben Luxemburger Forscher die Graphenstruktur erstmals aus klassischen Halbleitern nachgebaut. 

Struktur von Graphen: Die Kohlenstoff-Verbindung gilt als "Wundermaterial". Jetzt haben Luxemburger Forscher die Graphenstruktur erstmals aus klassischen Halbleitern nachgebaut. 

Foto: NASA

Das Material ist unsichtbar. Seine Bestandteile sind wabenförmig angeordnet, als wären emsige Bienen am Werk gewesen. Die Beschreibung passt auf Graphen, eine besondere Erscheinungsform des Kohlenstoffs, die nahezu wundersame Eigenschaften besitzt. Doch was Physiker an der Universität Luxemburg jetzt in der „Physical Review X“ präsentierten, einer der renommiertesten Fachzeitschriften der Welt, hat mit Kohlenstoff nichts zu tun. Wissenschaftlern um Efterpi Kalesaki von der „Physics and Materials Science Research Unit“ ist es gelungen, weniger als zehn Nanometer (ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter) große Halbleiterkristalle wabenförmig anzuordnen. „Künstliches Graphen“ nennt es die Luxemburger Physikerin.

Neues Material für Dioden, Laser und Solarzellen

Die Entwicklung gilt als wissenschaftliche Sensation. Aus dem neuen Material könnten nach Einschätzung von Experten Leuchtdioden, Halbleiterlaser, Solarzellen und Transitoren hergestellt werden, die die Leistung heutiger Bauteile bei weitem übersteigen.

So weit ist es allerdings noch nicht. Was im Labor gelang, lässt sich nicht ohne weiteres auf eine Massenproduktion übertragen. Jetzt gilt es, weiter intensive Forschungsarbeit zu leisten. Was die Entdecker heute schon wissen: Durch Veränderung der Wabengröße und den Einbau unterschiedlicher Halbleitermaterialien – zumindest theoretisch lassen sich Silizium, Germanium und Verbindungen wie Galliumarsenid einsetzen – lassen sich die Eigenschaften des künstlichen Graphens beeinflussen.

„Diese selbstassemblierten, wabenförmigen Halbleiter-Nanokristalle sind eine neue Klasse von Systemen mit großem Potenzial“, so Kalesaki. Professor Ludger Wirtz, Leiter der Gruppe Theoretische Festkörperphysik an der Universität Luxemburg, fügt hinzu: „Künstliches Graphen ermöglicht die Herstellung einer großen Vielfalt von Materialen mit wandelbarer Nano-Geometrie und abstimmbaren elektronischen Eigenschaften.“

Herstellung von Graphen mit Nobelpreis belohnt

Graphen wurde erstmals 1859 beschrieben. Doch erst 2004 gelang es den russischen Wissenschaftler Konstantin Novoselov und Andre Geim, die in Großbritannien lehren, absolut ebenes Graphen herzustellen. Das galt bis dahin als unmöglich. 2010 wurden sie für ihre Arbeit mit dem Physiknobelpreis ausgezeichnet. Graphen ist leichter und fester als alle anderen bekannten Werkstoffe, es leitet Strom und verbessert die Haltbarkeit von Kunststoffen und Gummi, um nur einige Eigenschaften zu nennen.

Die Universität Luxemburg ist an vielen grenzübergreifenden, multidisziplinären Forschungsprojekten beteiligt. In diesem Fall arbeitete sie mit dem Institut für Elektronik, Mikroelektronik und Nanotechnologie in Lille (Frankreich), demDebye Institutefor Nanomaterials Science und dem Institut für Theoretische Physik der Universität Utrecht (Niederlande) sowie dem Max-Planck-Institut für Physik komplexer System in Dresden zusammen.

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