Das Verhalten von Wundermaterialien

Mit der Dicke eines Atoms ist Graphen das dünnste bekannte Material. Es ist unglaublich stark und hat außergewöhnliche Eigenschaften, die von der Elektronik über die Photovoltaik bis zur Medizin alle Bereiche revolutionieren könnten. Zusammen mit dem relativ gut untersuchten Graphen stellt h-BN ein weiteres 2D-Material dar, dem ebenfalls als ein Atom dicker Film ähnliches Interesse gilt.

Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts MESCD führten Forscher eine theoretische Untersuchung einer Reihe von verschiedenen Eigenschaften dieser beiden Materialien durch. Die Ansätze basierten auf der Dichtefunktionaltheorie, auf großer atomistischer Modellierung, der Elastizitätstheorie sowie auf Molekulardynamik-Simulation.

Die Wissenschaftler untersuchten grundlegende und erweiterte Mechanismen der Spannungsverteilung durch eine nicht gleichförmige dreiachsige Spannung und studierten dann deren Bandlückeneinstellung. Die Forschung konzentrierte sich auch auf die elektronische Polarisation von Ein- und Mehrschicht-Graphen- und h-BN-Flocken. Simulationen des hydrierten Graphens zeigten, dass sich sein thermisches Wellenverhalten von dem von Graphen und h-BN völlig unterscheidet.

Ein weiterer Schwerpunkt lag auf den Schmelzeigenschaften von Graphenflocken und fluoriertem Graphen. Die Wissenschaftler lieferten das thermodynamische Phasendiagramm für fluorierten Graphen, wobei das Verhältnis zwischen Kohlenstoff und Fluoratome eine wichtige Variable ist.

Auf der Grundlage der Elastizitätstheorie lieferten die Wissenschaftler eine Erklärung für die extrem niedrige Schwingungsfrequenz von freistehendem Graphen bei der Interaktion mit der Spitze eines Rastertunnelmikroskops. Schließlich untersuchten sie die zwischen der Graphenschicht und dem h-BN-Substrat gespeicherte van-der-Waals-Energie.

Durch seine Forschung markiert MESCD einen wichtigen Meilenstein für das Verständnis des außergewöhnlichen Verhaltens dieser zweidimensionalen atomdicken Kristalle. Die Projektergebnisse wurden in Fachzeitschriften veröffentlicht.