Momenteel, grafeen is waarschijnlijk het meest onderzochte nieuwe materiaalsysteem ter wereld. Door zijn verbazingwekkende mechanische, chemische en elektronische eigenschappen, het belooft veel toekomstige toepassingen - bijvoorbeeld in de micro-elektronica. De elektronen in grafeen zijn bijzonder beweeglijk en kunnen, daarom, vervangen silicium dat tegenwoordig wordt gebruikt als basismateriaal voor snelle computerchips.

In een onderzoekssamenwerking wetenschappers van de Leibniz Universiteit Hannover en van de Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) hebben nu onderzocht op welke manier een ruwe basis de elektronische eigenschappen van de grafeenlaag beïnvloedt. Hun resultaten suggereren dat het binnenkort mogelijk zal zijn om plasmonen te bestrijden, d.w.z. collectieve oscillaties van elektronen, doelbewust in het grafeen, door virtueel een rijstrook aan te leggen die bestaat uit uitsteeksels en bulten voor hen. De resultaten zijn gepubliceerd in de huidige editie van de Nieuw tijdschrift voor natuurkunde .

De structuur van grafeen zelf is fascinerend:het bestaat uit precies één enkele, regelmatige laag koolstofatomen. Het is een hele uitdaging om deze ongelooflijk dunne laag absoluut netjes te vervaardigen. Een mogelijke methode om grafeen uitgebreid te recipiteren op een isolerend substraat is epitaxie, dat wil zeggen de gecontroleerde groei van grafeen op isolerend siliciumcarbide. Voor dit doeleinde, een siliciumcarbidekristal wordt in vacuüm verwarmd. Uitgaande van een bepaalde temperatuur, koolstofatomen migreren naar het oppervlak en vormen een monoatomaire laag op het - nog steeds vaste - siliciumcarbide. Een belangrijke vraag voor latere toepassingen is, hoe defecten en stappen van het siliciumcarbide-oppervlak de elektronische eigenschappen van het erop gegroeide grafeen beïnvloeden.

In het kader van een onderzoekssamenwerking tussen PTB en Leibniz University Hannover, de invloed van defecten in het grafeen op de elektronische eigenschappen is onderzocht. Tijdens de onderzoeken, speciale aandacht werd besteed aan de invloed van de defecten op een speciale elektronische bekrachtiging, de zogenaamde plasmonen.

Door verschillende monstervoorbereiding, allereerst siliciumcarbidekristallen met verschillende oppervlakteruwheden en, dus, met een verschillende concentratie van oppervlaktedefecten werden onderzocht, waarop, vervolgens, grafeen gevormd. De invloed van de defecten op de plasmonexcitaties werd vervolgens onderzocht door middel van lage-energie elektronendiffractie (SPA-LEED) en elektronenverliesspectroscopie (EELS).

Het proces onthulde een sterke afhankelijkheid van de levensduur van plasmon van de oppervlaktekwaliteit. gebreken, omdat ze worden veroorzaakt op stapranden en korrelgrenzen, de voortplanting van de plasmonen sterk belemmeren en hun levensduur drastisch verkorten. Hier is het opmerkelijk dat de andere elektronische eigenschappen van de plasmonen, in het bijzonder hun verspreiding, grotendeels onaangetast blijven.

Dit opent interessante mogelijkheden voor de toekomstige technische toepassing en het gebruik van plasmonen (de zogenaamde "plasmonics") in grafeen. Door selectieve aanpassing van de oppervlakteruwheid, verschillende grafeenbereiken kunnen worden gegenereerd waarin de plasmonen ofwel sterk gedempt zijn of zich bijna ongehinderd kunnen voortplanten. Op deze manier, de plasmonen kunnen worden geleid langs "plasmongeleiders" met een lage oppervlakteruwheid, specifiek van het ene punt van een grafeenchip naar het andere.