Mithilfe einer neuen Messmethode, die Forscher aus Wien, Japan und Italien entwickelt haben, lassen sich kleinste Schwingungen in neuartigen Materialen analysieren. Die Wissenschafter haben ihren Ansatz an Graphen demonstriert. Dessen vielversprechende Eigenschaften – etwa beim Leiten elektrischen Stromes – könnten damit besser verstanden werden.

So wie man eine Lichtwelle auch als Teilchen (Photon) beschreiben kann, ist das auch mit mechanischen Schwingungen von Atomen möglich. Diese "Teilchen" werden dann als "Phonon" bezeichnet. Die gemeinschaftlich schwingenden Strukturen bestimmen entscheidend mit, welche Eigenschaften Materialien, wie das nur aus einer Atomlage Kohlenstoff bestehende Graphen, haben.

Optimierte Phononen

Um Graphen jedoch für neuartige optische- oder Nano-Bauteile und in der Quantentechnologie verstärkt einsetzen zu können, müsse man auch diese Phononen kartieren und optimieren. Das war bisher aber nur eingeschränkt möglich, wie es am in einer Aussendung der Universität Wien heißt: Keine herkömmliche Methode ermögliche es, alle Phononen einer einzelnen, freitragenden Schicht eines zweidimensionalen Materials zu bestimmen.

Forscher der Universität Wien, des Forschungsinstituts AIST Tsukuba und der Firma JEOL (beide Japan) und der Universität La Sapienza in Rom haben nun für Abhilfe gesorgt. Wie sie im Fachblatt "Nature" berichten, sei es mit einer geschickten Kombination aus hochauflösender Mikroskopie und Spektroskopie möglich, alle Schwingungen auf atomarer Ebene ähnlich einem Fingerabdruck des Materials zu erfassen.

Das Team nennt seine Innovation, mit der es auch möglich sei, die Phonenstruktur an Ecken, Kanten oder Defekten im Material aufzuspüren, "large-q-mapping". Thomas Pichler von der Fakultät für Physik der Uni Wien gibt sich überzeugt davon, dass die neue Methode die weitreichende Forschung in der Materialwissenschaft vorantreiben wird. Pichler: "Man kann sich das neuartige Verfahren auch als echtes 'Tisch-Synchrotron' vorstellen." (red, APA, 14.8.2019)