Grundlagenforschung für die Elektronik von morgen: Neue Ergebnisse zu Graphen und Spin-Bahn-Kopplung
DFG-Forschungsgruppe der TU Chemnitz untersucht die Kopplung an Blei-interkaliertem Graphen – Ihre neuesten Erkenntnisse werden in der Online-Zeitschrift „ACS Nano“ vorgestellt
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Dr. Markus Gruschwitz, Post-Doktorand an der Professur Analytik an Festkörperoberflächen der TU Chemnitz, arbeitet hier am Tieftemperatur 4-Spitzen STM am Oak Ridge National Laboratory (USA), wo ein Hauptteil der Experimente durchgeführt wurden. Foto: Prof. Dr. Christoph Tegenkamp -
Arbeitsgruppe von Prof. An-Ping Li (2. v. l.) am Oak Ridge National Laboratory. Rechts: Prof. Dr. Christoph Tegenkamp, Sprecher der DFG-Forschungsgruppe. Foto: privat
Ein Forschungsteam der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Forschungsgruppe „Proximity-induzierte Korrelationseffekte in niedrigdimensionalen Strukturen (FOR 5242)“ an der Technischen Universität Chemnitz hat neue Erkenntnisse zur Spin-Bahn-Kopplung in Graphen gewonnen und diese in der Online-Ausgabe der renommierten Zeitschrift „ACS Nano“ der American Chemical Society veröffentlicht. Die Gruppe untersucht atomar dünne Kohlenstoffschichten und deren Heterostrukturen, die aufgrund ihrer außergewöhnlichen physikalischen Eigenschaften als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Quantenmaterialien gelten. Ziel der Forschenden ist es, Korrelationseffekte in zweidimensionalen Heterosystemen zu verstehen und gezielt zu beeinflussen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen die Entwicklung neuartiger Quantenmaterialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften vorantreiben und neue Anwendungen in der Spintronik und Elektronik ermöglichen.
In ihrer aktuellen Studie untersuchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Einfluss von Blei (Pb) auf die elektronischen Eigenschaften von Graphen. Mithilfe von Tieftemperatur-Transportmessungen und quantenchemischen Berechnungen konnten sie die Wechselwirkungen zwischen den Bleiatomen und der Graphenschicht detailliert analysieren. „Durch die atomar präzise Kontrolle der Position der Blei-Atome relativ zu den Kohlenstoffatomen der Graphen-Schicht konnten wir die zugrunde liegenden Wechselwirkungen im Detail verstehen und mögliche Szenarien für Spineffekte in Graphen aufzeigen“, erklärt Sibylle Gemming, Inhaberin der Professur Theoretische Physik quantenmechanischer Prozesse und Systeme an der TU Chemnitz.
Für die Untersuchungen kam eine innovative Messmethode zum Einsatz, die hochauflösende Transportmessungen mit atomarer Präzision ermöglicht. „Eine aufwendige Prozessierung zur Kontaktierung der Proben, wie sie bei herkömmlichen Verfahren erforderlich ist, entfällt. Dadurch werden die empfindlichen Nanostrukturen geschont und gleichzeitig besonders präzise Messungen ermöglicht“, erläutert Markus Gruschwitz, der die Experimente gemeinsam mit dem Team von An-Ping Li am Oak Ridge National Laboratory in den USA durchgeführt hat.
Die jetzt in der Zeitschrift „ACS Nano“ veröffentlichten Ergebnisse stellen die ersten Untersuchungen dieser Art dar. Ab dem kommenden Jahr wird die TU Chemnitz zudem über ein in Deutschland einzigartiges Messsystem verfügen, das auf dem Campus installiert wird. Damit sollen künftig weitere hochauflösende Transportmessungen an neuartigen Quantenmaterialien durchgeführt werden.
Weitere Informationen erteilt der Sprecher der DFG-Forschungsgruppe Prof. Dr. Christoph Tegenkamp, Telefon +49 (0)371 531-33103, E-Mail christoph.tegenkamp@physik.tu-chemnitz.de.
Publikation: M. Gruschwitz, A.D.P. Unigarro, H. Jeon, S. Hus, A.-P. Li, S. Gemming, C. Tegenkamp: Gap opening in graphene-based 2D heterostructures: the interplay of spin-orbit coupling, hybridization and symmetry, ACS Nano, DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.6c00354
(Quelle: DFG-Forschungsgruppe „Proximity-induzierte Korrelationseffekte in niedrigdimensionalen Strukturen (FOR 5242)“)
Mario Steinebach
29.06.2026
