Flexibel durch Fehler

Einfluss von Defekten auf einzelne Graphendrähte

26.07.2018 - Österreich

Elektronische Bauteile wie Schalter oder Transistoren, die aus einem einzigen Molekül bestehen, könnten in Zukunft die Technik revolutionieren. Die Grundlagen dafür erforscht die Arbeitsgruppe Single-Molecule Chemistry an der Universität Graz unter der Leitung von Leonhard Grill. Das Team hat nun herausgefunden, dass Graphendrähte – ein vielversprechender Typ der für die zukünftigen Anwendungen nötigen molekularen „Kabel“ – durch strukturelle Fehler biegsamer werden.

„Graphendrähte sind interessante Kandidaten als Miniatur-‚Kabel‘ für Schaltungen, weil sich ihre elektronischen Eigenschaften über ihre Breite von wenigen Nanometer einstellen lassen“, berichtet Grill. Bei der Herstellung können Defekte entstehen – also Stellen, an denen sich der Kristall nicht ordentlich ausbildet. „Bisher hat noch niemand untersucht, wie sich diese Fehler auf die Funktionalität auswirken“, so der Forscher. Seine Arbeitsgruppe konnte nun zeigen, dass diese Defekte die Flexibilität der Drähte erhöhen, die elektrischen Eigenschaften aber unverändert lassen.

Um die Messungen durchführen zu können, setzten die Physiker durch den Einsatz der richtigen Molekülbausteine die Drähte auf einer Goldoberfläche zusammen. Durch gezielte Veränderung der Probentemperatur können sie die Defektdichte in der Kette einstellen. „Wir beobachteten, dass strukturelle Fehler in Gruppen auftreten, ein Zeichen für kooperatives Verhalten“, schildert Grill. Anschließend hoben die Forscher mit der extrem feinen Spitze eines Rastersondenmikroskops ein freies Ende eines Graphendrahtes hoch, um sowohl das elektrische Verhalten als auch die mechanischen Eigenschaften eines einzelnen Drahtes simultan und in Echtzeit zu studieren. Je mehr Defekte ein Graphendraht hatte, umso mehr konnte er gebogen werden – ein Beweis für erhöhte Flexibilität.

„Interessanterweise stellte sich heraus, dass die Anzahl der Defekte kaum Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften und die elektrische Leitfähigkeit hat“, so der Physiker. Die Ergebnisse könnten daher für zukünftige Anwendungen der Nanotechnologie von Interesse sein, bei denen mechanische Flexibilität erforderlich ist, die elektronischen Eigenschaften jedoch erhalten bleiben sollen.

Originalveröffentlichung

Matthias Koch, Zhi Li, Christophe Nacci, Takashi Kumagai, Ignacio Franco, and Leonhard Grill; „How structural defects affect the mechanical and electrical properties of single molecular wires“; Phys Rev Lett; 2018

https://www.chemie.de/news/1155459/flexibel-durch-fehler.html