Materialdesign neuartiger 2-D Systeme

Eine Redensart unter Materialwissenschaftern lautet: „Kristalle sind wie Menschen – es sind ihre Fehler, die sie interessant machen“. Der Hauptgrund dafür liegt in den veränderten Materialeigenschaften, welche durch die Anwesenheit von Unregelmäßigkeiten in der Atomstruktur entstehen. In diesem Projekt haben wir Defekte in zweidimensionalen Materialien untersucht. Diese bilden eine neue Materialklasse, welche aus nur einer Atomlage bestehen. Durch gezieltes Einbringen von Defekten kann man die Eigenschaften dieser Materialien kontrollieren, welche dann in zukünftigen Anwendungen, wie z.B. nanometer-große elektrische Bauteile, verwendet werden können.
Das gezielte Einbringen von Defekten wurde in unserem Projekt durch den Beschuss mit geladenen Teilchen erreicht. Dabei durchdringen energiereiche Partikel, wie z.B. Ionen oder Elektronen, das zu bearbeitende Material und verändern dabei die atomare Struktur. Für das Bestrahlen mit Elektronen wurde ein neuartiges Rastertransmissionselektronenmikroskop (Nion UltraSTEM 100) verwendet, welches vor kurzem an der Universität Wien in Betrieb genommen wurde. Das Bestrahlen mit Ionen fand bei unseren internationalen Partnern in Deutschland, Finnland und Israel statt.
In dem Projekt konnten wir Bedingungen zum Transformieren der Kristallstruktur von Graphen, welches aus einer Bienenwaben-ähnlichen Struktur aus Kohlstoffatomen besteht, in ein amorphes Netzwerk, sowohl für Elektronen- als auch für Ionenbestrahlung finden. Der Übergang zu dem amorphen Netzwerk ähnelt in gewisser Weise dem Übergang einer geordneten Struktur in ein mosaikartiges Muster. Da diese gezielten Veränderungen mit sehr hoher Genauigkeit auf ausgewählte Bereiche beschränkt werden kann, bieten diese Methoden vielversprechende Möglichkeiten zur Erzeugung nanometergroßer elektronischer Bauteile, welche nur aus Kohlenstoffatomen bestehen. Zusätzlich haben wir Defekte in 2D- Materialien untersucht, die nicht aus Kohlenstoffatomen bestehen und konnten auch erstmalig die Diffusion eines Defektes mit atomarer Auflösung verfolgen, sowie weitere bedeutende Beiträge auf unterschiedlichen Gebieten der Mikroskopie von 2D-Strukturen liefern.