Chance zu neuartiger Elektronik: Physiker haben supraleitendes Graphen elektrisch schaltbar gemacht. Kurze Spannungspulse reichen aus, um das Kohlenstoffmaterial zum Supraleiter, Leiter oder Nichtleiter zu machen. Möglich wird dies durch eine Kombination mit speziell gedrehten Bornitridschichten. Das schaltbare Graphen eröffnet nun ganz neue Anwendungsmöglichkeiten in der Elektronik, die Computer und andere Geräte energieeffizienter und schneller machen könnte, so das Team in „Nature Nanotchnology“.
Graphen gilt als wahrer Tausendsassa unter den Materialien. Denn die einlagige Schicht aus wabenartig miteinander verbundenen Kohlenstoffatomen ist ultraleicht und trotzdem härter als Stahl. Graphen besitzt zudem von Natur aus eine hohe elektrische Leitfähigkeit und zeigt sogar Formen der Selbstorganisation. Noch spannender jedoch: Wenn man zwei aufeinanderliegende Graphenlagen um 1,1 Grad gegeneinander verdreht, wird Graphen zum Supraleiter – das Material leitet nun Strom verlustfrei und ohne Widerstand.
Sandwich aus Graphen und Bornitrid
Jetzt zeigt sich, dass supraleitendes Graphen sogar elektrisch schaltbar ist – eine für elektronische Bauteile essenzielle und vielseitig nutzbare Fähigkeit. Entdeckt haben dies Dahlia Klein vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) und ihre Kollegen durch Zufall. Eigentlich wollten die Physiker eine Methode optimieren, durch die Graphen quasi auf Knopfdruck ferromagnetisch werden kann: Wenn man zwei supraleitende Graphenlagen zwischen zwei Schichten von Bornitrid legt, dann ändern sich die Magneteigenschaften des Graphens.
„Wir wollten versuchen, einen noch stärkeren Graphen-Magneten zu erzeugen, indem wir die Schichten gegeneinander verdrehten“, berichtet Kleins Kollege Pablo Jarillo-Herrero. „Stattdessen haben wir etwas vollkommen anderes entdeckt.“ Dies passierte als das Team die obere Bornitrid-Lage an der oberen Graphenschicht ausrichtete, die untere Bornitridschicht aber um 30 Grad gegen die obere verdrehte.
