Zweidimensionale Materialverformung ergibt neue elektronische Bauelemente
Graphen mit seinen einzigartigen elektronischen, mechanischen und optischen Eigenschaften ist ein fantastisches 2D-Material sowie eine der dünnsten elastischen Membranen der Natur. So ist dieses verblüffende Wundermaterial ein ausgezeichneter Kandidat für nanoelektromechanische Systemanwendungen. Sensoren aus freitragenden (suspended) Graphenmembranen sind die dünnsten mechanischen Resonatoren, die es gibt. Die Wissenschaftler von STRENGTHNANO (Strain engineering of atomically-thin nanomembrane-based electromechanical devices) erkundeten die Möglichkeit der Entwicklung von Straintronics- unter Einsatz von Graphen und weiterer zweidimensionaler Materialien mit Eigenschaften, die sich radikal von denen von Graphen unterscheiden. Das Gebiet der Straintronics ist ein vielversprechender neuer Zugang zur Entwicklung von Bauelementen mit zusätzlichen Funktionalitäten, die mit 3D-Halbleitern nicht zu erzielen sind. Das Verhalten derartiger Bauelemente kann durch Einbringen mechanischer Verformungen in zweidimensionale Halbleiter technisch entwickelt werden. Bauelemente mit nützlichen elektronischen und optischen Eigenschaften sind dann realisierbar. Das Team demonstrierte, dass sich bei Anwendung einer ungleichmäßigen Verspannung auf Graphen und Molybdändisulfid (MoS2) die Elektronen auf eine andere Weise verhalten. Dieses Phänomen wurde zur erfolgreichen Modifizierung von elektronischen und optischen Eigenschaften sowie zur Steuerung der Exzitonendynamik dieser zweidimensionalen Halbleitermaterialien angewandt. Dieses Ergebnis beweist, dass Verspannungstechnik die Bauelementeleistung durch Feinabstimmung von mechanischen und elektronischen Eigenschaften steigern kann. Die Wissenschaftler erkundeten Verfahren zur Fertigung von freitragenden mehrschichtigen Graphen- und MoS2-Nanostrukturen. Zu den verschiedenen Methoden zur Auslösung von Verspannung zählten das Biegen der flexiblen Substrate und das Falten der Halbleiter. Eine weitere Projekttätigkeit umfasste die Entwicklung von mechanischen Resonatoren auf Grundlage von Graphen mit wenigen Schichten, das einstellbare elektromechanische Eigenschaften aufweist, und das elektrische Auslesen ihrer Schwingungen. Außerdem führte das Team mechanische Resonatoren auf Basis von einschichtigem MoS2 mit optischem Auslesen seiner Schwingung vor. Die Verändern der elektronischen Eigenschaften durch Verspannung (Straintronics) ist ein wichtiges Untersuchungsgebiet der niederdimensionalen Materialien. Die Forschungsarbeiten im Rahmen von STRENGTHNANO sollten Europa einen großen Vorteil bei der Entwicklung einer neuen Generation von elektronischen Bauelementen verschaffen. Projektaktivitäten und Resultate fanden in Form zahlreicher Publikationen in von Experten begutachteten Fachjournalen Verbreitung.
Schlüsselbegriffe
zweidimensionales Material, 2D-Material, elektronische Bauelemente, elektronische Geräte, Graphen, Molybdän, elektromechanisch, Straintronics
