Ein internationales Wissenschaftlerteam hat die dünnste Membran hergestellt, die überhaupt denkbar ist: Sie besteht nur aus einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen, die ein einfaches Gitter aus Sechsecken bilden. Dieses so genannte Graphen könnte als hochfeines Sieb, für die Analyse chemischer Strukturen oder für winzige elektronische Bauteile eingesetzt werden. Bisher konnten solche Graphen-Schichten nicht freitragend herstellt werden, sondern sie mussten immer auf Oberflächen gelegt werden.
Zur Herstellung der hochfeinen Membran machen die Wissenschaftler auf einem Chip mit einem Graphitkristall einen Strich – ähnlich wie ein Bleistiftstrich auf Papier. So gelangen die Kohlenstoffschichten, aus denen das Graphit besteht, auf die Chipoberfläche. Diese Schichten weisen bereits die typische Bienenwabenstruktur aus Sechsecken auf. Meist liegen auf der Oberfläche zwar mehrere Schichten übereinander, doch immer wieder gibt es auch Bereiche, in denen nur genau eine Schicht auf dem Chip zurückbleibt, wie die Forscher nachweisen konnten. Ätzten die Wissenschaftler genau in diesen Bereichen ein Loch in das Chipmaterial, blieb die daraufliegende Kohlenstoffschicht als freitragende Membran zurück.
Bei der Untersuchung dieser Membran machten die Wissenschaftler eine überraschende Entdeckung: „Die Schicht bleibt nicht eben, sondern hat sich verknittert“, berichtet Siegmar Roth vom Stuttgarter Max-Planck-Institut.
Durch die kleinen Unebenheiten in der Oberfläche erhält die Schicht Stabilität und gehorcht obendrein den Vorgaben grundlegender physikalischer Theorien.
Anhand der Membran können die Forscher nun das Verhalten zweidimensionaler Strukturen näher erforschen. „Für die Grundlagenphysik ist das sehr wichtig“, erklärt Roth. Doch auch praktische Anwendungen könnten sich aus der Entwicklung ergeben: So könnten solche hauchdünnen Schichten in elektronischen Bauteilen oder zur Bestimmung atomarer Strukturen komplexer Moleküle eingesetzt werden, wie sie beispielsweise in der Pharmazie verwendet werden.
Jannik Meyer (Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart) et al.: Nature, Bd. 446, S. 60 ddp/wissenschaft.de – Ulrich Dewald