Teilchenphysik in Bleistiftstaub: das Wundermaterial Graphen

Kohlenstoff ist in Form von Graphit und Diamant den Menschen seit Jahrtausenden bekannt. Die erste Kohlenstoff Nanostruktur wurde in Form von Fullerenen („Fußballmoleküle“) in den 1980er Jahren entdeckt, es folgten Kohlenstoff-Nanoröhren in den 1990er Jahren. Im Jahr 2004 wurde schließlich Graphen, eine einzelne Schicht aus bienenwabenförmig angeordneten Kohlenstoffatomen, von Geim und Novoselov entdeckt und untersucht. Für diese Forschung wurden die beiden im Jahr 2010 mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet.
Graphen besitzt faszinierende grundlegende physikalische Eigenschaften. Insbesondere weisen Elektronen in Graphen eine Energie-Impuls Beziehung auf, wie man sie von Teilchen aus der Hochenergiephysik kennt. Wir werden diskutieren, wie sich dies auf weitere physikalische Eigenschaften auswirkt und einen kurzen Überblick geben, wie sich die mechanischen, optischen und elektrischen Eigenschaften von Graphen von anderen Materialien unterscheiden. Daraus lassen sich Schlüsse ziehen, für welche Anwendungen Graphen interessant ist.
Schließlich geben wir einen kurzen Einblick in unsere eigene Forschung an Graphen, die sich besonders mit der Dynamik von Graphen-Elektronen auf ultrakurzen Zeitskalen beschäftigt und dafür das Großgerät FELBE (Freie-Elektronen Laser am HZDR) verwendet.