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Zweidimensionale Kristalle und Kohlenstoff-basierte Nanostrukturen
Philipp Nagler, Johannes Holler, Michael Kempf, Christian Schüller, Tobias Korn
(a) Graphene ist eine Monolage von sp2-hybridisierten Kohlenstoffatomen und damit eine ideale 2-dimensionale Struktur. Zur Herstellung werden dünne Graphitschichten mit Klebeband auf ein Trägermaterial geklebt, nach dem Abziehen des Klebebands bleiben lokal kleine Graphene-Flocken auf dem Trägermaterial. Über optische Interferenzeffekte sind sie im Lichtmikroskop zu identifizieren und von dickeren Flocken zu unterscheiden (Lichtmikroskopbild J. Eroms, AG Prof. Dr. D. Weiss).
(b) Kohlenstoff-Nanoröhrchen entstehen durch Aufrollen einer Graphene-Schicht und bilden somit ideale 1-dimensionale Systeme. Sie können bei der Herstellung mit chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) gezielt an Katalysten abgeschieden werden. (Rasterelektronenmikroskopbild D. Preusche, AG Prof. Dr. C. Strunk)
(c) Mit Raman-Spektroskopie ist die Unterscheidung von Graphene-Monolagen (Monolayer) und Doppellagen (Bilayer) schnell und zerstörungsfrei möglich. Aufgrund der Unterschiede in den Bandstrukturen von Monolayer und Bilayer gibt es beim Monolayer nur eine Möglichkeit für einen resonanten Zwei-Phononen-Raman-Prozess, bei Bilayer bestehen vier Möglichkeiten, die zu leicht unterschiedlichen unterschiedlichen Energien im Raman-Signal führen.
(d)Die Frequenz der Atemschwingung eines Kohlenstoff-Nanoröhrchens ist eine Funktion des Durchmessers. In Raman-Spektren lassen sich Kohlenstoff-Nanoröhrchens anhand dieser Frequenz unterscheiden.
sp2-hybridisierte Kohlenstoff-Atome bilden die Grundlage für eine Vielzahl von Nanostrukturen: quasi-eindimensionale Kohlenstoff-Nanoröhrchen, quasi-nulldimensionale Moleküle (Fullerene), und zweidimensionale Monolagen (Graphene). Durch die Änderung der Dimensionalität werden sowohl die elektronische Bandstruktur als auch die Schwingungsmoden drastisch beeinflusst. Ortsaufgelöste Raman-Spektroskopie erlaubt es, diese Nanostrukturen zerstörungsfrei zu charakterisieren. Anhand der beobachteten Phononenenergien können z.B. Monolayer und Bilayer von Graphene leicht unterschieden werden. Die Oszillationsfrequenz der Atemschwingung eines Kohlenstoff-Nanoröhrchens ermöglicht die Bestimmung des Röhrchendurchmessers, zusätzlich lassen sich ein- und mehrwandige Röhrchen unterscheiden.
References
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  2. G. Plechinger, P. Nagler, Ashish Arora, Robert Schmidt, Alexey Chernikov, John Lupton, Rudolf Bratschitsch, C. Schüller, and T. Korn:
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    Phys. Status Solidi Rapid Research Letters 11, 1700131 (2017).
     
  3. Philipp Nagler, Gerd Plechinger, Mariana V. Ballottin, Anatolie Mitioglu, Sebastian Meier, Nicola Paradiso, Christoph Strunk, Alexey Chernikov, Peter C. M. Christianen, Christian Schüller, and Tobias Korn:
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  4. Gerd Plechinger, Philipp Nagler, Ashish Arora, Andres Granados del Aguila, Mariana V. Ballottin, Tobias Frank, Philipp Steinleitner, Martin Gmitra, Jaroslav Fabian, Peter C. M. Christianen, Rudolf Bratschitsch, Christian Schüller, and Tobias Korn:
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  5. G. Plechinger, P. Nagler, A. Arora, R. Schmidt, A. Chernikov, A. Granados del Aguila, P. C. M.Christianen, R. Bratschitsch, C. Schüller, and T. Korn:
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Letzte Änderung: 09.11.2017 von Webmaster