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Der Preis gilt als die wichtigste schweizerische Auszeichnung für junge Forschende der Physik. In seiner Doktorarbeit wies der 28-jährige Preisträger Peter Rickhaus experimentell nach, dass sich Elektronen in Graphen in verschiedener Hinsicht wie Lichtteilchen bewegen. Dies kann ausgenutzt werden, um einen Laser, eine Linse oder ein Glasfaserkabel zu imitieren. Graphen besteht aus einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen, die wabenförmig miteinander verbunden sind, und gilt als exzellenter elektrischer Leiter, der jedoch schwierig zu handhaben ist.
Neue Methoden entwickelt
Rickhaus erhält den renommierten Metas-Preis der SPG für seine bahnbrechenden Erkenntnisse, die er mit Kollegen in zwei Studien in «Nature Communications» veröffentlichte. Er studierte an der Universität Basel Nanowissenschaften und schloss 2011 mit einem Master in Physik ab. In der Gruppe von SNI-Direktor Prof. Christian Schönenberger entwickelte er mit Kollegen Methoden, um Graphen zwischen Trägern freihängend aufzuspannen und Verunreinigungen zu entfernen. «Es ist faszinierend, dass eine Schicht so stabil ist, die nur ein Atom dick ist, aber eine Fläche von 10‘000 mal 10‘000 Atomen einnimmt», sagt Rickhaus.
Dank des ausgeklügelten Fabrikationsprozesses konnte Rickhaus Messungen vornehmen, die belegen, dass sich Elektronen in Graphen ähnlich wie Licht verlustfrei bewegen – ohne Streuung und Widerstand sowie mit einem Dreihundertstel der Lichtgeschwindigkeit. Die Elektronen in diesem System verhalten sich ähnlich wie Lichtteilchen in einem Laser.
Elektronen auf Schlangenlinien
In einer weiteren Studie konnte der Preisträger zeigen, dass sich die Elektronen in Graphen entlang einer vorgegebenen Spur leiten lassen. Durch Kombination eines elektrischen und eines magnetischen Felds bewegen sich die Elektronen auf Schlangenlinien vorwärts, wobei das Magnetfeld wie eine Linse wirkt. In einer dritten, kürzlich veröffentlichten Studie konnten die Elektronen in Graphen ähnlich wie in einem Glasfaserkabel geleitet werden.