Europaweites Großprojekt mit Aachener Beteiligung soll neues Material marktfähig machen

28.01.2013

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Graphen, die erst 2004 entdeckte zweidimensionale Form von Kohlenstoff, hat eine rasante Entwicklung genommen und gilt als eines der hoffnungsvollsten Materialien für die Informationstechnologie der Zukunft. Dies liegt an einer außergewöhnlichen Kombination von Eigenschaften: Graphen ist fast so hart wie Diamant, kann aber trotz­dem wie ein Gummi gedehnt werden bevor es reißt. Es leitet Wärme besser als Kupfer, elektrischen Strom besser als Silizium und ist nahezu durchsichtig, da es eine Dicke von nur einem Atom hat. Es ist chemisch ziemlich unangreifbar, undurchdring­bar für fast alle Elemente und basiert auf dem gut zugänglichen Material Kohlenstoff. Da es inzwischen in großen Mengen sowohl chemisch als auch physikalisch hergestellt werden kann, stehen die Anwendungsmöglichkeiten des neuen Materials als elektronische Tinte zum Schreiben elektronischer Schaltungen und als Basis für faltbare Handydisplays oder auch als härtere und zugleich leichtere Tennisschläger erst am Anfang. Neue ultraschnelle Transistoren, extrem schnelle Optokoppler, neuartige Konzepte für erheblich schneller ladbare Akkus, individuelle Sequenzierung von DNA-Strängen und sogar Wasserentsalzungsanlagen stehen bereits auf der Agenda.

 

Aachen prominent im Großprojekt vertreten

Das durch die EU geförderte FET Flagship-Programm Graphen, das voraussichtlich mit einer Milliarde Euro über zehn Jahre gefördert werden soll, hat zum Ziel, eine Viel­zahl dieser Möglichkeiten in ökonomische Realität zu überführen. Hierzu haben sich 74 akademische und industrielle Institutionen aus 17 europäischen Nationen zusammen­geschlossen und mehrere international verteilte Arbeitspakete geschnürt. In der ersten Förderphase ist die RWTH Aachen mit 1,44 Prozent der Fördersumme (1,034 Millionen Euro) beteiligt. Auch die der RWTH nahestehende AMO GmbH - die Gesellschaft für Angewandte Mikro- und Optoelektronik mbH - aus Aachen ist mit 0.88 Millionen Euro dabei. Damit ist Aachen der mit Abstand größte Partner in Deutsch­land. „Wir freuen uns darüber, dass die EU gewillt ist, massiv und rechtzeitig in das vielversprechende Graphen zu investieren und natürlich darüber, dass Aachen prominent vertreten ist“ so Professor Markus Morgenstern, Leiter des II. Physikalischen Instituts B. Professor Morgenstern beschäftigt sich im Rahmen dieses Groß­projektes mit der präzisen Untersuchung von Graphen und seinen Defekten auf atomarer Skala. Juniorprofessor Christoph Stampfer und Dr. Bernd Beschoten, eben­falls vom II. Physikalischen Institut, eruieren die Möglichkeit, Graphen für den Trans­port magnetischer Information im Rahmen der so genannten Spintronik zu nutzten, die eine energieeffizientere Informationsverarbeitung als bisher verspricht. „Wir be­schäftigen uns in erster Linie mit den Grundlagen des Ladungstransports durch Graphen-Nanostrukturen und studieren Spin-basierte nanoelektronische Bau­elemente mit dem Potenzial für Anwendungen in der Quanten Informationstechno­logie“, erläutert Professor Stampfer.

Juniorprofessor Renato Negra vom UMIC Research Centre schließlich bringt die Nutzung von Graphen in der Hochfrequenzelektronik voran, was zu neuen Einsatz­bereichen in der Kommunikationstechnik, Bildgebung, Medizintechnik sowie der Sensorik führen soll. „Das Graphen-Flagship Projekt bietet uns eine hervorragende Möglichkeit mit exzellenten Partnern neuartige integrierte Hoch- und Höchstfrequenz­schaltkreise zu entwickeln“, betont Professor Negra. Das UMIC Research Centre der RWTH, in der ersten Exzellenzphase als Cluster gefördert, befasst sich mit ultra­schneller mobiler Kommunikation.

Die Graphenaktivitäten der RWTH Aachen werden darüber hinaus auch im Grundlagen­bereich vielseitig beispielweise im Rahmen eines Schwerpunkt­programms der Deutschen Forschungsgemeinschaft sowie einem ERC Starting Grant für Professor Stampfer gefördert.

Vernetzung als Basis

Die Graphenaktivitäten an der RWTH waren von Anfang an eng mit der AMO GmbH verknüpft, die auch eine wichtige Rolle bei der Etablierung des Flagship-Programms gespielt hat. Außerdem spielt das Konsortium JARA-FIT (Jülich Aachen Research Alliance: Fundamentals of Future Information Technology) eine wichtige Rolle, da es wesentliche Infrastruktur bereitstellt, um die teilweisen komplexen Graphenarbeiten zu ermöglichen. Juniorprofessor Stampfer konnte zum Beispiel nur durch die ge­meinsamen Bemühungen der RWTH Aachen und des Forschungszentrums Jülich nach Aachen geholt werden. In Zukunft werden die Aachener Forscher nun noch intensiver mit Forschern aus ganz Europa von Aalto in Finnland bis nach Kreta zu­sammenarbeiten, um die Marktpotenziale von Graphen auf den Weg zu bringen.

Prof. Dr. Christoph Stampfer, II. Physikalisches Institut, Telefon 0241/80 27094, Mail stampfer@physik.rwth-aachen.de,

Prof. Dr. Markus Morgenstern, II. Physikalisches Institut, Telefon 0241/80 27076, Mail mmorgens@physik.rwth-aachen.de

Prof. Dr. Renato Negra, Juniorprofessur für Mixed-Signal CMOS Circuits, Telefon 0241/80 20642, Mail negra@umic.rwth-aachen.de