Kohlenstoffbasierte Nanobauelemente für Terahertzanwendungen
Das elektromagnetische Spektrum umfasst den gesamten Frequenzbereich. Dazu gehören die Wellenlängen des Lichts, Radiowellen, Mikrowellen, Infrarot-, Ultraviolett-, Röntgen- und Gammastrahlen, wobei das sichtbare Licht inmitten des Spektrums einen sehr kleinen Teil ausmacht. Derzeit gewinnen Technologien, welche im Terahertzbereich (THz), den Frequenzen zwischen Infrarot und Mikrowelle, angesiedelt sind, enorm viel an Aufmerksamkeit. Sie werden Sektoren wie die Informationstechnologie oder den Bereich Kommunikation und Sicherheit revolutionieren. Herzstück vieler Konzepte sind Nanostrukturen mit Abmessungen in der Größenordnung von Atomen und Molekülen. Die spezifische Inhomogenität ihrer elektromagnetischen Felder führt zu einzigartigen elektrischen und magnetischen Eigenschaften. Das EU-finanzierte Projekt "Terahertz applications of carbon-based nanostructures" (TERACAN) untersuchte Kohlenstoffnanoröhren (carbon nanotube, CNT) und Graphen, um eine physikalische Basis für neuartige THz-Nanobauelemente zu entwickeln. Graphen ist eine Schicht aus Kohlenstoff mit einer Dicke von nur einem Atom. Die Arbeit konzentrierte sich auf die Untersuchung der linearen elektromagnetischen Reaktionen von Verbundwerkstoffen auf Grundlage von Kohlenstoffnanoröhren im THz-Bereich, wobei Emitter und Detektoren auf Kohlenstoffnanoröhrenbasis und THz-Anwendungen von Graphen charakterisiert wurden. Die Wissenschaftler kombinierten Experimente und theoretische Modellierung, um viele theoretische Beschreibungen der damit verbundenen Phänomene zu erarbeiten. Dies ergab mögliche experimentelle Protokolle, welche eine Beobachtung der vorhergesagten Resultate realisieren könnten. Die Ergebnisse aus Experimenten und Modellierungen bildeten die Begründung für eine Vielzahl von Vorschlägen für CNT-basierte aktive THz-Nanobauelemente. Die TERACAN-Arbeit erleichterte den Start einer neuen Forschungsdisziplin, der Nanoelektromagnetik, und einer damit verbundenen wissenschaftlichen Sprache zur Beschreibung diesbezüglicher Phänomene. Wird nun eine kritische Masse an Forschern und Instituten gebildet, sollten in diesem aufstrebenden neuen Wissensgebiet rasche Fortschritte mit bedeutenden kommerziellen Anwendungen zu garantieren sein.
