Ungewöhnlicher Effekt: Normalerweise bewegen sich Elektronen in einem Magnetfeld immer auf einer Kreisbahn – egal ob im Inneren eines Kristalls oder in einem riesigen Teilchenbeschleuniger. Doch im Graphen ist das anders: Eingesperrt zwischen zwei Kohlenstofflagen folgen die Elektronen einem Sechseck-Kurs, wie nun ein Experiment enthüllt. Das bestätigt die elektronische Besonderheiten des Graphens, eröffnet aber auch Ansätze für maßgeschneiderte Materialien.
Schon in der Schule haben wir gelernt, dass sich geladenen Teilchen wie Elektronen oder Ionen im Magnetfeld auf Kreisbahnen bewegen. Schuld daran ist die Lorentzkraft, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Elektronen am stärksten wirkt und sie daher seitlich ablenkt. Dieser Effekt lässt sich bei Elektronen in Metallen und Halbleitern beobachten, wird aber auch gezielt genutzt, um beispielsweise Elektronen in Teilchenbeschleunigern oder Freie-Elektronen-Lasern auf Kurs zu halten.
Elektronendynamik im Graphen
Doch wie sich nun zeigt, gibt es offenbar ein Material, in dem diese Kreisbahnregel nicht gilt: Graphen. Dieses aus einem einlagigem Kohlenstoffnetz bestehende Material ist härter als Stahl und zeigt ungewöhnliche elektrische Eigenschaften. Legt man beispielsweise zwei Graphenschichten in einem bestimmten Winkel übereinander, wird es zum Supraleiter.
Eine solche Graphen-Doppelschicht haben nun auch Rainer Kraft vom Karlsruher Institut für Technologie und seine Kollegen für ihr Experiment verwendet. Sie legten zwei Graphenschichten dabei so übereinander, dass das Gitter aufgrund des Moiré-Effekts periodische Muster bildete. Legt man nun ein Magnetfeld an, verändert diese spezielle Gitterkonfiguration auch die Bewegung der Elektronen, wie Analysen ergaben.
