Donnerstag, 07 Dezember 2023 10:50

Quantentechnologie aus Kohlenstoff

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Die Eigenschaften von Nanobändern hängen von ihrer Breite und der Form ihrer Ränder ab (Bild: Empa)

Quantenmaterialien sind Stoffe, die ausgeprägte quantenphysikalische Effekte zeigen. Eines davon ist Graphen. Diese zweidimensionale Strukturform des Kohlenstoffs verfügt über ungewöhnliche physikalische Eigenschaften, etwa eine außerordentlich hohe Zugfestigkeit, Wärme- und Stromleitfähigkeit. Schränkt man das ohnehin zweidimensionale Material räumlich noch mehr ein, etwa zu einem schmalen Band, entstehen kontrollierbare Quanteneffekte.

Forschenden der Empa, der Universität Peking und der University of Warwick ist es nun erstmals gelungen, einzelne atomar genaue Nanobänder mit Elektroden zu versehen und leitend zu kontaktieren. Dazu verwendeten die Forscher ebenso kleine Elektroden: Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit einem Durchmesser von ebenfalls nur einem Nanometer. Beide werden auf separaten Substraten gezüchtet und in einem mehrstufigen Prozess auf dasselbe Substrat übertragen.

Gemeinsam mit einem internationalen Team an Forschenden haben Empa-Wissenschaftler erfolgreich einzelne atomar präzise Nanobänder mit Elektroden versehen (Bild: Empa)

Messungen des Ladungstransports bestätigten den Erfolg. Quanteneffekte sind bei tiefen Temperaturen in der Regel deutlicher, deshalb wurden die Messungen bei Temperaturen nahe am absoluten Nullpunkt im Hochvakuum durchgeführt. Die Quanteneigenschaften von Graphen-Nano-bändchen sind dank ihrer extrem kleinen Größe auch sehr robust. Die Forschenden erwarten, dass sie sogar bei Raumtemperatur noch nachweisbar sind. Dies könnte es erlauben, Quantentechnologien zu entwickeln, die ohne aufwändige Kühlinfrastruktur auskommen.