För närvarande, grafen är förmodligen det mest undersökta nya materialsystemet i världen. På grund av dess häpnadsväckande mekaniska, kemiska och elektroniska egenskaper, det lovar många framtida tillämpningar - till exempel inom mikroelektronik. Elektronerna i grafen är särskilt rörliga och kan, därför, ersätta kisel som idag används som grundmaterial för snabba datorchips.

I ett forskningssamarbete, forskare från Leibniz University Hannover och från Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) har nu undersökt på vilket sätt en grov bas påverkar grafenskiktets elektroniska egenskaper. Deras resultat tyder på att det snart kommer att vara möjligt att kontrollera plasmoner, dvs kollektiva oscillationer av elektroner, målmedvetet i grafen, genom att praktiskt taget etablera ett körfält som består av projektioner och puckel för dem. Resultaten publicerades i den aktuella upplagan av New Journal of Physics .

Strukturen av grafen i sig är fascinerande:den består av exakt en enda, regelbundet lager av kolatomer. Att tillverka detta otroligt tunna lager absolut snyggt är en stor utmaning. En möjlig metod för att fälla ut grafen i stor utsträckning på ett isolerande substrat är epitaxi, dvs den kontrollerade tillväxten av grafen på isolerande kiselkarbid. För det här syftet, en kiselkarbidkristall upphettas i vakuum. Med utgångspunkt från en specifik temperatur, kolatomer migrerar till ytan och bildar ett monoatomiskt lager på den - fortfarande fasta - kiselkarbiden. En viktig fråga för senare ansökningar är, hur defekter och steg på kiselkarbidytan påverkar de elektroniska egenskaperna hos den grafen som odlas på den.

Inom ramen för ett forskningssamarbete mellan PTB och Leibniz University Hannover, påverkan av defekter i grafenet på de elektroniska egenskaperna har undersökts. Under utredningarna har särskild uppmärksamhet ägnades åt inverkan av defekterna på en speciell elektronisk excitation, de så kallade plasmonerna.

Genom olika provberedning, först och främst kiselkarbidkristaller med olika ytråhet och, Således, med en annan koncentration av ytdefekter undersöktes, på vilken, senare, grafen bildas. Inverkan av defekterna på plasmonexcitationerna undersöktes sedan med hjälp av lågenergielektrondiffraktion (SPA-LEED) och elektronförlustspektroskopi (EELS).

Processen avslöjade ett starkt beroende av plasmons livslängd på ytkvaliteten. Defekter, eftersom de orsakas på stegkanter och korngränser, hindrar kraftigt spridningen av plasmonerna och förkortar deras livslängd drastiskt. Här är det anmärkningsvärt att de andra elektroniska egenskaperna hos plasmonerna, i synnerhet deras spridning, förblir i stort sett opåverkade.

Detta öppnar intressanta möjligheter för framtida teknisk tillämpning och användning av plasmoner (den så kallade "plasmonics") i grafen. Genom selektiv justering av ytråheten, olika grafenområden kan genereras där plasmonerna antingen är kraftigt dämpade eller kan fortplanta sig nästan obehindrat. På det här sättet, plasmonerna kunde ledas längs "plasmonledare" med låg ytjämnhet specifikt från en punkt på ett grafenchip till en annan.