Attualmente, il grafene è probabilmente il nuovo sistema di materiali più studiato al mondo. Grazie alla sua sorprendente meccanica, proprietà chimiche ed elettroniche, promette molteplici applicazioni future, ad esempio nella microelettronica. Gli elettroni nel grafene sono particolarmente mobili e potrebbero, perciò, sostituire il silicio che viene utilizzato oggi come materiale di base dei chip per computer veloci.

In una cooperazione di ricerca, scienziati dell'Università Leibniz di Hannover e del Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) hanno ora studiato in che modo una base ruvida influenza le proprietà elettroniche dello strato di grafene. I loro risultati suggeriscono che presto sarà possibile controllare i plasmoni, cioè oscillazioni collettive di elettroni, volutamente nel grafene, stabilendo virtualmente una corsia composta di sporgenze e dossi per loro. I risultati sono stati pubblicati nell'attuale edizione del Nuovo Giornale di Fisica .

La struttura stessa del grafene è affascinante:consiste esattamente di un singolo, strato regolare di atomi di carbonio. Realizzare questo strato incredibilmente sottile in modo assolutamente ordinato è una grande sfida. Un possibile metodo per far precipitare ampiamente il grafene su un substrato isolante è l'epitassia, ovvero la crescita controllata del grafene su carburo di silicio isolante. Per questo scopo, un cristallo di carburo di silicio viene riscaldato nel vuoto. A partire da una determinata temperatura, gli atomi di carbonio migrano in superficie e formano uno strato monoatomico sul carburo di silicio, ancora solido. Una domanda importante per le applicazioni successive è, come i difetti e i passaggi della superficie del carburo di silicio influenzino le proprietà elettroniche del grafene cresciuto su di essa.

Nell'ambito di una cooperazione di ricerca tra PTB e Leibniz University Hannover, è stata studiata l'influenza dei difetti nel grafene sulle proprietà elettroniche. Durante le indagini, particolare attenzione è stata prestata all'influenza dei difetti su una speciale eccitazione elettronica, i cosiddetti plasmoni.

Con una diversa preparazione del campione, innanzitutto cristalli di carburo di silicio con diversa rugosità superficiale e, così, con una diversa concentrazione di difetti superficiali sono stati studiati, in cui, successivamente, grafene formato. L'influenza dei difetti sulle eccitazioni plasmoniche è stata quindi studiata mediante diffrazione elettronica a bassa energia (SPA-LEED) e spettroscopia di perdita di elettroni (EELS).

Il processo ha rivelato una forte dipendenza della durata del plasmone dalla qualità della superficie. Difetti, poiché sono causati sui bordi dei gradini e sui bordi dei grani, ostacolano fortemente la propagazione dei plasmoni e ne accorciano drasticamente la vita. Qui è notevole che le altre proprietà elettroniche dei plasmoni, in particolare la loro dispersione, rimangono in gran parte inalterati.

Ciò apre interessanti possibilità per la futura applicazione tecnica e utilizzo dei plasmoni (i cosiddetti "plasmonici") nel grafene. Mediante regolazione selettiva della rugosità superficiale, potrebbero essere generati diversi intervalli di grafene in cui i plasmoni sono fortemente smorzati o possono propagarsi quasi senza ostacoli. In questo modo, i plasmoni potrebbero essere condotti lungo "conduttori di plasmoni" con bassa rugosità superficiale in particolare da un punto all'altro di un chip di grafene.