Sie sind nur wenige milliardstel Meter dick und begeistern die Wissenschaftler mit ihren einzigartigen Eigenschaften: Nanoröhren. Der Grund dafür liegt in einem speziellen Verhalten der Elektronen, wie nun niederländische und amerikanische Physiker in ersten Experimenten belegen konnten.
Winzige Nanoröhren aus Kohlenstoff gelten als ein wichtiger Baustein für die Nanoelektronik von morgen, da sie entweder wie ein Metall Strom leiten oder unter bestimmten Bedingungen supraleitend werden. Die Forscher untersuchten nun erstmals, wie sich einzelne Elektronen in diesen Röhren bewegen. Die Ergebnisse präsentieren sie in der Fachzeitschrift Nature.
Die Wissenschaftler von der Rice University in Texas und von der Technischen Universität Delft schnitten dazu ein extrem kurzes, 34 Nanometer kleines Stück aus einer Nanoröhre heraus. Unter dem Rastertunnelmikroskop erkannten sie die Struktur mit atomarer Auflösung und beobachteten, wie die Elektronen zwischen der Spitze des Mikroskops und der Probe “tunneln”. Im Unterschied zu normalen Metallen bevölkern diese Elektronen zwei verschiedene Bänder, in denen sich die Elektronen mal nach links und mal nach rechts bewegen können.
“Diese Bandstruktur ist sehr ungewöhnlich”, meint dazu David Goldhaber-Gordon, Physiker an der Stanford University. Bisher vermuteten die Forscher diese Struktur nur aufgrund theoretischer Modelle. Diese Messungen bestätigten die Annahmen erstmals im Experiment.
“Die Existenz von zwei verschiedenen Bändern hat auch eine technologische Bedeutung”, So Goldhaber-Gordon. Verwendete man bisher solche Nanoröhren als winzige Stromleiter, änderten manchmal die Elektronen auf seltsame Weise ihre Richtung. Störstellen in der Nanoröhre verursachten diese Umkehr. Mit “sauberen” Nanoröhren könnten bald winzige Drähte mit Längen von einigen Mikrometern, Millionstel Metern, möglich werden. So bilden sie eine viel kleinere Alternative für konventionelle Verbindungen auf Elektronik-Chips.
Jan Oliver Löfken
