Forschende der Rice University haben gezeigt, dass winzige, scharf gekrümmte Falten in Graphen dessen elektrische Eigenschaften dramatisch verändern können – ein Beleg für die Flexoelektrizität, bei der ein Material durch ungleichmäßige Biegung eine elektrische Ladung erzeugt. Die Studie erscheint in Advanced Materials.
Graphen ist eine nur ein Atom dicke Schicht aus Kohlenstoff. Die Falten, die das Team untersuchte, sind so eng gekrümmt, dass die Biegung in einen Raum gedrückt wird, der kleiner als ein Milliardstel Meter ist – dort verschieben sich Elektronen leicht zur einen Seite und erzeugen zwei entgegengesetzte elektrische Pole, 'wie die Enden einer winzigen Batterie', wie Erstautor Sathvik Ajay Iyengar sagt.
Mit Spezialmikroskopen, Raman-Spektroskopie und Computersimulationen zeigten die Forschenden, dass die scharfen Falten wie winzige 'elektrische Bremsschwellen' wirken: Ab etwa einem Volt erzeugten sie konsistent einen elektrischen Strom. Entscheidend war die Schärfe der Falte, nicht ihre Höhe – die resultierende Ladungstrennung (Polarisation) fiel 100.000- bis 10-Millionen-mal stärker aus als in deutlich größeren flexoelektrischen Systemen.
'Unsere Arbeit zeigt, dass selbst eine gewöhnliche Falte zu einem außergewöhnlichen elektronischen Merkmal werden kann, wenn man sie auf atomarer Ebene betrachtet', sagt Pulickel Ajayan, Ko-Korrespondenzautor der Studie. 'Damit eröffnen wir einen neuen Weg, Materialeigenschaften über Struktur statt über Chemie zu steuern.'
Die Idee geht auf eine Vorhersage des theoretischen Physikers Vincent Meunier aus dem Jahr 2008 zurück, die nun experimentell bestätigt wurde. Die Entdeckung könnte zu empfindlicheren Sensoren und extrem dünnen elektronischen Bauteilen führen, deren Verhalten allein durch Formgebung gesteuert wird – ganz ohne zusätzliche Chemikalien oder Materialien.
