Graphen gilt als Wundermaterial und hat zahlreiche Einsatzmöglichkeiten. Die dünne Schicht aus Kohlenstoffatomen ist härter als Stahl, kann dennoch gebogen werden und besitzt eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Indem man es mit supraleitenden Metallen kombiniert, kann man aus Graphen sogar einen Supraleiter machen. Forscher des Massachusetts Institute of Technology fanden nun heraus, dass die elektrischen Eigenschaften von Graphen verblüffend einfach geändert werden können.


Bild: MIT

Supraleiter dank magischem Winkel

Entdeckt wurden diese bisher unbekannten Eigenschaften von einem Team vom MIT rund um Yuan Cao. Die Forscher fanden heraus, dass sie Graphen zu einem Isolator oder Supraleiter machen konnten, indem sie zwei Schichten Graphen aufeinander legten und die Schichten um eine Winzigkeit gegeneinander verdrehten. Dabei bezeichneten sie den Verdrehungswinkel von 1,1 Grad als „magischen Winkel“. Bei die diesem Winkel bilden die beiden Schichten eine Art Moiré-Muster und es kommt zu ungewöhnlichen Wechselwirkungen zwischen den Elektronen der Kohlenstoff-Atome. Die beiden Graphenschichten verhielten sich daraufhin wie ein sogenannter Mott-Isolator. Dabei handelt es sich um Materialien, die trotz halb voller Elektronenbänder keinerlei stromleitenden Eigenschaften mehr aufweist.

Noch überraschter waren die Forscher, als sie herausfanden, dass die beiden Graphenschichten durch das Anlegen einer Spannung abrupt von einem Isolator zu einem widerstandslos leitenden Supraleiter umschalten. „Damit ist das im ‚magischen Winkel‘ verdrehte Graphen der erste rein aus Kohlenstoff bestehende zweidimensionale Supraleiter“, so Chao.


Die Eigenschaften des Graphen im supraleitenden Zustand ähneln denen von anderen unkonventionellen Supraleitern wie etwa Cupraten. Die Gründe dafür, dass diese Kupferverbindungen zu einem Supraleiter werden, sind bisher nur im Ansatz erforscht.

Gibt es bald Transistoren aus Graphen?

Die Tatsache, dass eine kleine Spannung ausreicht, um das Graphen zu einem Supraleiter zu machen, macht die beiden Graphenschichten mit dem „magischen Winkel“ zu einer besonderen Entdeckung mit immensen Einsatzmöglichkeiten. „Die Dichte der Ladungsträger ist dabei um mehrere Größenordnungen niedriger als bei typischen 2D-Supraleitern. Damit können wir nun Graphen als neue Plattform für die Erforschung der unkonventionellen Supraleitung nutzen. Es könnte künftig auch möglich sein, einen supraleitenden Transistor aus Graphen herzustellen, den man einfach an und abschalten kann – von supraleitend zu isolierend. Das eröffnet auch viele Möglichkeiten für neue Quantengeräte“, so die Forscher.

via MIT

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1 Kommentar

  1. Jens Allerheiligen

    7. März 2018 at 11:37

    In einer anderen Quelle steht, dass dies bisher nur bei 1,7 Kelvin funktioniert. Diese Einschränkung macht es nicht so einfach, wie von Ihnen dargestellt. Trotzdem ist es eine interessante Entdeckung.

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