In einer Graphitschicht mit einer Dicke von nur einer einzigen Atomebene bewegen sich Elektronen mit einer ungemein hohen Geschwindigkeit von etwa einer Million Metern pro Sekunde. Das haben internationale Forschergruppen in Europa und den Vereinigten Staaten unabhängig voneinander herausgefunden. Neben Anwendungen in der Elektronik erwies sich das neue System auch als eine Fundgrube für quantenmechanische Studien, berichten die Wissenschaftler.
Die Bewegung der Elektronen durch die unter dem Namen Graphene bekannten einatomigen Kohlenstoffschichten lässt sich nur unter der Annahme einer verschwindenden Ruhemasse erklären, so Andre Geim aus Manchester, ein Mitglied des europäischen Forschungsteams. Die Elektronen sind somit ein Beispiel für masselose Dirac-Fermionen, die in der relativistischen Theorie der Quantenmechanik auftreten.
Neben diesem ungewöhnlichen Effekt beobachteten die Forscher bei der Untersuchung des Stromflusses durch Graphene noch eine Vielzahl weiterer Phänomene. So besitzt diese zweidimensionale Variante des Graphits zum Beispiel selbst dann eine nicht verschwindende elektrische Leitfähigkeit, wenn es aller seiner freien Elektronen beraubt wird. Daneben konnten die Wissenschaftler auch eine relativistische Variante des Quanten-Hall-Effekts, für dessen Entdeckung Klaus von Klitzing 1985 den Nobelpreis erhielt, beobachteten.
Geim und seine Kollegen aus Chernogolovka, Nijmegen und New York glauben, mithilfe von Graphenen in den nächsten Monaten noch weitere subtile Effekte der relativistischen Quantenmechanik beobachten zu können.
Nature (Band 438 Seite 197 und 201) Stefan Maier
