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Göttinger Physiker untersuchen Spannungsabfall im Sub-Nanometerbereich

Kleinste Widerstände Göttinger Physiker untersuchen Spannungsabfall im Sub-Nanometerbereich

Wissenschaftlern der Universitäten Göttingen und Erlangen ist ein wichtiger Schritt zu einem besseren Verständnis von kleinsten Widerständen gelungen. Die Forschern lösten mithilfe eines Rastertunnelmikroskops erstmals die Längenskalen eines Spannungsabfalls im Sub-Nanometerbereich auf. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.

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Dr. Martin Wenderoth, Philip Willke und Prof. Rainer Ulbrich (von links) von der Fakultät für Physik.

Quelle: pug

Göttingen. Die Physiker waren der Frage nachgegangen, wie sich Spannungsabfall und Widerstand auf der atomaren Skala zueinander verhalten. Als Probensystem verwendeten sie dabei Graphen, eine einzelne Lage hexagonal angeordneten Kohlenstoffs. Leitet man Strom durch die Lage, zeigten die Untersuchungen, dass der Spannungsabfall in den freien Bereichen der Proben in der Regel wie erwartet linear verläuft. Eine Ausnahme bilden jedoch lokale Störstellen, beispielsweise die Übergänge von einer Lage Graphen zur zweiten: Diese stellen Hindernisse dar, an denen die Elektronen reflektiert werden, was zu einem abrupten Spannungsabfall führt.

„Der Spannungsabfall findet hier auf einer wesentlich größeren Skala statt als die eigentliche Größe der Störung“, erläutert Philip Willke vom IV. Physikalischen Institut der Universität Göttingen, der sich in seiner Doktorarbeit mit dem Thema des Spannungsabfalls im Sub-Nanometerbereichg beschäftigte. „Außerdem fanden wir heraus, dass er fast vollkommen in der zweiten Lage stattfindet. Man kann sich das Problem ähnlich wie eine Autobahn vorstellen, die von zwei Spuren auf eine Spur verengt wird. Insbesondere der Spurwechsel, also hier das Wechseln in den unterschiedlichen Lagen, stellt sich für die Elektronen als sehr schwierig heraus.“

„Die Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, auf der atomaren Skala Elektronentransport im Nicht-Gleichgewicht zu charakterisieren und zwischen verschiedenen Streubeiträgen zu unterscheiden“, ergänzt Arbeitsgruppenleiter Dr. Martin Wenderoth. „Dies war bisher nur mit theoretischen Berechnungen möglich. Unsere Ergebnisse helfen somit, bestehende Theorien zu überprüfen und fördern ein tieferes Verständnis des Elektronentransports.“ jes

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