Der Physiknobelpreis 2010 geht an Andre Geim und Konstantin Novoselov. Den beiden Wissenschaftlern war es vor rund sechs Jahren gelungen, Graphen, Kohlenstoffmatten mit der Dicke von nur einem Atom, aus einem Stück Graphit zu isolieren.
Seitdem gilt Graphen als eines der hoffnungsvollsten Materialien für die Informationstechnologie der Zukunft. Der Grund: Graphen verfügt über die Stromleitfähigkeit von Kupfer und leitet Wärme besser als alle bisher bekannten Materialien. Dazu verfügt es über eine einzigartige Festigkeit, ist transparent und hoch flexibel.
Graphen könnte in Computern eingesetzt werden. Bisher werden Silizium-Transistoren in Mikrochips eingesetzt. In der Unterhaltungselektronik steht ein Einsatz in Touchscreens kurz bevor.

Graphen, eine nur ein Atom dicke Lage aus Kohlenstoff, wird in JARA-FIT als Material für spinbasierte Computertechnologie untersucht. Das Bild zeigt eine rastertunnelmikroskopische Aufnahme des Materials.

In JARA-FIT beschäftigen sich mehrere Arbeitsgruppen mit der Forschung an Graphen. Einen kleinen Einblick gibt JARA-FIT-Direktor Prof. Markus Morgenstern vom II. Physikalischen Institut der RWTH Aachen:

Herr Prof. Morgenstern, heute wurden die Entdecker des Graphens mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Was bedeutet das für Ihre Forschung?

Die Bekanntgabe platzte mitten in die von uns veranstalteten Nanoelectronic Days 2010, in der uns gerade einer der wichtigsten Theoretiker der Graphenforschung, Mikhail Katsnelson, über neue Überlegungen zu diesem faszinierenden Material informierte. Natürlich ist die Nobelpreis-Entscheidung für alle, die in dem Feld arbeiten, ein riesiger Motivationsschub; so auch für mich und meine Arbeitsgruppe.

Was macht Graphen überhaupt zu einem so spannenden Forschungsobjekt?

Der genannte Vortrag hieß „Graphene: CERN on the desk“ und erzählte, wie man mit Graphen grundlegende physikalische Effekte, für deren Untersuchung man sonst Teilchenbeschleuniger für viele Milliarden Euro braucht, mit einem Stück Bleistift (dessen Ende nicht aus Blei sondern aus Graphenschichten besteht) vermessen kann.
Das fasziniert mich und viele Grundlagenforscher. Auf der anderen Seite stehen nur 6 Jahre nach der erstmaligen Herstellung des Materials schon die ersten Anwendungen vor der Tür. So arbeitet Samsung bereits intensiv an Displays, bei denen der Strom mittels Graphen geleitet wird.

Wo stehen wir in der Forschung mit Graphen?


Wir wissen vielfach wie das Material forschungsoptimiert präpariert werden kann und lernen, wie man es anwendungs- und damit kostenoptimiert präpariert. Die Theorie hat eine Unmenge faszinierender, häufig neuartiger Effekte vorausgesagt, von denen nur die Spitze des Eisberges experimentell bereits realisiert wurde. Anwendungen werden ernsthaft diskutiert und erster Weizen beginnt sich von der Spreu zu trennen.

Was sind die kommenden Ziele in Ihrer Forschung? Welche Fragen gilt es noch zu beantworten?

Wir arbeiten momentan an einer Reihe offener Fragen wie:
Besitzt Graphen magnetisch aktive Kanten, die man als Filter in der Spinelektronik nutzen könnte? Kann man aus Graphen, dem zweidimensionalen Graphit, durch seitlichen Druck zweidimensionalen Diamant erzeugen? Was begrenzt überhaupt den elektrischen Widerstand in Graphen und sollte somit in Graphen-Bauelementen vermieden werden?
Selbst die Frage, wie Graphenproben auf atomarer Skala aussehen, ist nicht vollständig geklärt.

Eine komplette Liste der offenen Fragen, an denen hunderte Forschergruppen weltweit, davon mindestens sieben in JARA-FIT, arbeiten, würde den Rahmen sicher sprengen. Aber mein Eindruck ist, dass wir ein Gleichgewicht erreicht haben, in dem neue Fragen und überzeugende Antworten zumindest gleich häufig erscheinen.

Energylandscape

Im Kooperationsprojekt zwischen RWTH Aachen und Forschungszentrum Jülich, der Jülich Aachen Research Alliance, wurde durch Mitarbeiter/Innen des E.ON Energy Research Centers eine umfassende Übersicht der Forschungskompetenzen von Instituten dieser beiden Einrichtungen für den Bereich der Energieforschung erarbeitet.

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JARA am europäischen Megaprojekt zur Simulation des menschlichen Gehirns beteiligt.
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