Leiter oder Halbleiter auf Knopfdruck

Starke Magnetfelder können winzige Nanoröhrchen aus Kohlenstoff zwischen leitenden und halbleitenden Eigenschaften hin und her schalten

Searles und Kono vor ihrem Magnet-Experiment
Searles und Kono vor ihrem Magnet-Experiment

Houston (USA) - Tausendmal dünner als ein menschliches Haar können Nanoröhrchen aus Kohlenstoff elektrischen Strom weit besser leiten als Kupferdrähte. Diese typisch metallische Eigenschaft kann nun mit starken Magnetfeldern auf Wunsch ausgeschaltet werden. Wie Physiker von der amerikanischen Rice University in der Zeitschrift "Physical Review Letters" berichten, konnten sie die vielseitigen Nanopartikel mehrfach reversibel zwischen Leiter und Halbleiter hin und her schalten.

"Wenn man ein magnetisches Feld anlegt, öffnet sich eine Bandlücke und das Röhrchen wird zum Isolator", erklärt Physiker Junichiro Kono die Ursache für die überraschenden Schalteigenschaften. Je breiter eine Bandlücke ist, desto schlechter können Materialien elektrischen Strom leiten. Verantwortlich für diese Reaktion auf ein magnetisches Feld ist ein quantenphysikalisches Phänomen: der so genannte Aharonov-Bohm-Effekt, bei dem elektrisch geladene Teilchen wie Elektronen mit dem Magnetfeld in Wechselwirkung treten.

Viele neue Anwendungen für Schaltkreise, aufbauend auf solch variablen Nanoröhrchen, ließen sich nun vorstellen. Jedoch sind die zum Schalten nötigen Magnetfelder mit etwa 35 Tesla zehnmal so stark wie bei einer Kernspinaufnahme. Nur wenige Anlagen existieren weltweit, um solche Magnetfelder überhaupt zu erzeugen. Dennoch zeigt dieses Ergebnis, dass trotz intensiver Forschung noch immer nicht alle Eigenschaften von Nanoröhrchen aus Kohlenstoff entdeckt und verstanden sind.