Metalle auf Graphen
Graphen ist einzigartig und weist eine große Spintransportlänge sowie hohe Trägermobilität auf. In Geräten, die auf dem Transport elektrischer Ladungen oder Spins basieren, werden Graphen-Metall-Schnittstellen als Kontakt für Ladungs- oder Spin-Injektionen genutzt. Die elektronischen und magnetischen Eigenschaften solcher Schnittstellen bestimmen die Injektionseffizienz. Dies war einer der Hauptbeweggründe für das EU-finanzierte Projekt ELECTROMAGRAPHENE (Probing the influence of the graphene-metal interaction on the electronic and magnetic properties of nearly free standing graphene). Projektwissenschaftler untersuchten eine Vielzahl von Graphen-Metall-Schnittstellen und die Einlagerung von Metallen zwischen Graphen und Substraten. Es wurde festgestellt, dass mehrere Faktoren die elektronischen und magnetischen Eigenschaften der Graphen-Metall-Schnittstelle beeinflussen. Unter Anwendung einer Rastertunnelmikroskopie wurde die Positionierung von auf Iridium chemisorbiertem Sauerstoff mit der durch Einlagerungen zwischen Graphen und Iridium gebildeten Struktur verglichen. Als sich die Graphenschicht oben befand, identifizierten die Wissenschaftler die bis dato höchste bei einer Graphen-Sauerstoff-Iridium-Schnittstelle beobachtete Symmetrie. Das Seltenerdmetall Europium lagerte sich hingegen bei höheren Temperaturen unter dem Graphen an Iridium an. Eine niederenergetische Elektronenmikroskopie und eine Photoemissionselektronenmikroskopie ergaben, dass sich die Durchdringung über Risse im Nanomaßstab ereignete. Das eingelagerte Material bildete komplexe Insel- und Streifenmuster. Über einen zirkularen magnetischen Röntgendichroismus wurden zudem Proben mit Graphen, in das sich Europium eingelagert hatte, auf Nickel untersucht. Die Präsenz der Graphenschicht schien die Europiumschicht gegenüber Oxidation zu schützen, wobei die magnetischen Eigenschaften des Seltenerdmetall- / Nickeldünnschicht- / Iridiumsubstratsystems intakt blieben. Eingelagerte Metalle verbessern für gewöhnlich die magnetische Kupplung zwischen ferromagnetischen Substraten und Graphenen, was die Möglichkeit für eine Nutzung von Graphen als Spinfilter eröffnet. Die passivierende Schutzfunktion von Graphen könnte ebenfalls in Spintroniksystemen genutzt werden. Mit dem angewandten Bottom-up- und Top-down-Ansatz konnten ebenfalls Graphennanostrukturen technisch hergestellt werden, die bei Temperaturen von bis zu 600 Grad Kelvin stabil sind. Die Arbeit ebnete den Weg für Cluster-Manipulationen, die gesteuert werden können, um beliebige Muster zu formen. Die wichtigen Ergebnisse der mikroskopischen Analysen zu kristallographischen und elektrischen Eigenschaften von Graphen-Metall-Interaktionen sind detailliert in fünf Papern beschrieben worden, welche in Peer-Review-Zeitschriften veröffentlicht oder bei diesen eingereicht wurden.
Schlüsselbegriffe
Graphen, Seltenerdmetalle, Spintronik, Graphen-Metall-Schnittstelle, Vorlage
