Eine Forschergruppe an der Zhengzhou-Universität in China um Professor Qun Xu (D. Zhang, B. Gao, S. Xu, C. Niu) hat in einer Studie Graphen zu einem Verbundwerkstoff erweitert, dessen Eigenschaften um eine starke Reaktion auf Magnetfelder ergänzt werden. Diese Eigenschaften öffnen der Spintronik einen neuen Weg, bei der Informationsübertragung und Speicherung außer von der Bewegung der Elektronen auch von deren magnetischen Eigenschaften abhängt.
Das zweidimensionale Graphen besteht aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen, auf der sich die Elektronen an der Oberfläche frei bewegen können, wodurch es eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Für eine breitgefächerte Anwendung in der Elektronik sind jedoch auch ferromagnetische Eigenschaften erforderlich.
Hybrides Graphen wird ferromagnetisch …
Um den bei Graphen fehlenden Ferromagnetismus zu generieren, erzeugte das Forscherteam ein neues, hybrides Material, das mehrere Schichten von Kohlenstoffatomen enthält, die mit Wasserstoff- und Sauerstoffatomen versetzt wurden. Hierfür setzten sie Graphen einer Kohlendioxidatmosphäre unter einem Druck von über 100 Atmosphären aus, wodurch Sauerstoffatome in die kristalline Struktur eingebaut wurden. Die ebenfalls eingebauten Wasserstoffatome stammen aus Wasserstoffperoxid, das bei diesem Prozess als Nebenprodukt anfällt. Die Modifikation der Graphenstruktur führte zu den notwendigen Veränderungen der Elektronen-Eigenschaften, die dadurch sensibel für ein angelegtes Magnetfeld wurden. Interessant ist dabei, dass die Prozesse bei Raumtemperatur ablaufen.
… und metallfrei
Ein wichtiger Aspekt bei dieser Studie ist, dass die Forscher im Gegensatz zu alternativen Ansätzen keinerlei spezielle Metalle benötigten, um Magnetismus im hybriden Graphen zu erzeugen, wodurch bei einer künftigen Produktion diesbezüglich keine Beschaffungsprobleme oder schädlichen Umweltauswirkungen anfallen würden. Prof. Xu prognostizierte, dass der neue Ansatz dieser Studie in drei bis fünf Jahren in die Praxis umgesetzt werden könnte, worauf dann noch die Skalierung auf industrielle Massenproduktion folgen würde.
Die Studie ist erschienen als Open-Access-Version unter der Creative-Commons-Lizenz BY 4.0 Deed und ist im Internet unter folgender Adresse abrufbar: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/apxr.202300092 (Abruf: 30. April 2024).
