Graphen: Nobelpreis-Material der Zukunft

Kohlenstoff oder neudeutsch Karbon ist ein technisches In-Thema von Physik und Werkstofftechnik der letzten Jahre. Neben Kohlenstoff-Faser-Verbundwerkstoffen, die im Flugzeugbau und neuerdings auch im Fahrzeugbau schon fast Alltag sind, wurde schon vor 14 Jahren für Fullerene ein Nobel-Preis fällig. Und am Dienstag wurde von der schwedischen Akademie der Wissenschaften bekannt gegeben, dass mit Graphen eine weitere Kohlenstoff-Struktur als preiswürdig erachtet wurde. Was also macht diese Kohlenstoff-Materialien so besonders? Und welche Bedeutung hat Graphen für die Elektronik?

Das Besondere liegt in mindestens drei Aspekten. Ganz allgemein glänzen Kohlenstoff-Werkstoffe durch ihre herausragenden physikalischen Eigenschaften wie extreme Härte, Zugfestigkeit sowie durch ein spezielles Verhalten bei der Stromleitfähigkeit. Außerdem galt die Herstellung von einlagigen (zweidimensionalen) hexagonal geordneten Kohlenstoffschichten „früher“ aus thermodynamischen Gründen als unmöglich. Es war also etwas ganz Besonderes, als es Konstantin Novoselov und Andre Geim im Jahre 2004 gelang, Schichten einlagiger Kohlenstoffgitter tatsächlich herzustellen. Fast unglaublich war die profane Methode: Mit Hilfe von Klebeband, das von einem Stück Graphit abgezogen wurde, konnten mehrlagige Graphitschichten erzeugt werden. Wurde auf dieses Stück Klebeband wiederum mehrfach anderes Klebeband aufgedrückt und abgezogen, resultierten immer dünnere bis hin zu einlagigen Schichten. Und die nachfolgenden weltweiten Experimente mit diesem Material zeigten, dass Graphen entlang der beiden Flächenachsen extrem hart und geradezu unglaublich reißfest war.

Selbstverständlich begannen sofort auch Experimente bei Halbleiterherstellern; und man kann heute damit tatsächlich halbleitende Materialien herstellen. Der entscheidende Vorteil gegenüber dem etablierten Silizium ist die sehr viel höhere praktische Grenzfrequenz der damit realisierbaren Transistoren. Während bei Silizium aktuell bei etwa 5 GHz Schluss ist, rechnet man bei Graphen mit einer praktischen Grenzfrequenz von unglaublichen 1 THz! Und IBM gelang es schon im Februar dieses Jahres, einen Graphentransistor bei 100 GHz zu betreiben. Hier steckt also die wahre Potenz von Graphen und folglich ist der am 5.10. verkündete Nobelpreis für Physik 2010 vollkommen adäquat. (http://www.elektor.de/elektronik-news/graphen-nobelpreis-material-der-zukunft.1560094.lynkx)

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