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Magneto-optics of carbon nano-allotropes

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Wissenslücken bei Kohlenstoff-Nanostrukturen beseitigen

EU-geförderte Forscher erzielten wesentliche Fortschritte für das Verständnis der Eigenschaften von Kohlenstoff-Nanostrukturen, welche zur Entstehung der allseits so langersehnten dünnen, flexiblen und leistungsstarken Elektrogeräte der Zukunft beitragen könnten.

Industrielle Technologien

Graphen, dessen Entdecker 2010 den Nobelpreis für Physik erhielten, ist höchstwahrscheinlich der Wunderwerkstoff des Jahrhunderts. Dieser Kohlenstoff wurde in Form von Kohlenstoff-Lamellen aus gewöhnlichem Graphit gewonnen, welches auch in Bleistiften zu finden ist. Tatsächlich soll das Kohlenstoff-Blättchen, das die Dicke eines Atoms aufweist, der festeste je gemessene Werkstoff sein. Angesichts der ungemeinen Festigkeit bei einem solch dünnen Werkstoff sowie der hervorragenden Leitfähigkeit, könnte Graphen bei den ultradünnen, enorm leistungsstarken und flexiblen Elektronikgeräten der Zukunft zum Einsatz kommen. Jedoch bleibt das große Potential gerade das, ein Potential; insbesondere im Hinblick auf die Eignung dafür, Silizium in Halbleiterbauelementen zu ersetzen. Einer der Hauptgründe besteht darin, dass der Stromfluss mit Graphen nicht unterbrochen oder ausgeschaltet werden kann (es fehlt eine "Bandlücke", der Abstand zwischen dem Valenzband, wo die Elektronen gebunden sind und dem Leitungsband, wo sie frei sind und Strom fließen kann). Europäische Forscher des Projekts "Magneto-optics of carbon nano-allotropes" (MOCNA) planten den Einsatz von magnetosprektroskopischen Techniken, um die grundlegenden optischen Eigenschaften von Nanostrukturen, einschließlich Graphen, in großen Magnetfeldern zu untersuchen. Wissenschaftler konzentrierten sich auf ein Phänomen, welches als Magnetophononresonanz (MPR) bezeichnet wird und eine der wichtigsten Methoden zur Bestimmung von Parametern der Bandstruktur von Halbleitern darstellt. MPR entsteht aus der Emission und Absorption resonanter (gleichmäßig vibrierender) optischer Phononen durch Elektronen in starken Magnetfeldern. Die Energiezustände in starken Magnetfeldern, wie bei Halbleitern, werden in sogenannte Landau-Niveaus quantisiert. Die Wissenschaftler von MOCNA untersuchten die MPR, die Erregung zwischen Landau-Niveaus und die Elektron-Phonon-Wechselwirkung bei Graphen und erbrachten dabei wichtige Ergebnisse und Auswirkungen für die Entwicklung des ersten abstimmbaren Ferninfrarot-Lasers. Die Forscher untersuchten außerdem magnetooptische Phänomene in einzelnen Kohlenstoffnanoröhren und in Einzelquantenpunkten. Die Ergebnisse des Projekts MOCNA sorgten für ein erweitertes Verständnis der grundlegenden Eigenschaften von Graphen und anderen Kohlenstoff-Nanostrukturen, die womöglich einen bedeutenden Einfluss auf die zukünftige Entwicklung von Geräten haben, die auf dem sogenannten Wunderwerkstoff des 21. Jahrhunderts basieren. MOCNA könnte der EU somit zu einer führenden Position auf diesem bemerkenswerten Erkenntnisgebiet verhelfen.

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