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Kabel und Leitungen: Verbesserte Nanostruktur von Kupfer
Glattes Kupfer leitet besser

Die bisherige Annahme, dass die Oberfläche von Kupfer glatt sei, wurde von Forschern widerlegt. Eine kantige Oberfläche ist offenbar bei vielen Metallen der Fall. Würden die Oberflächen geglättet, könnte die elektrische Leitfähigkeit verbessert werden.

Kupfer mit Grünspan (Bild: Only Fabrizio/AdobeStock)

Kupfer mit Grünspan (Bild: Only Fabrizio/AdobeStock)

Forscher des Trinity College in Dublin berichten in einer Studie von Nanostrukturen, die aus Kratern und Tälern bestehen. Die Unregelmäßigkeiten entstehen zwischen Bereichen mit entgegengesetzter Anordnung des Kristallgitters (sogenannte Körner). Sie liegen nicht harmonisch aneinander, sondern sind verkantet und zeigen gegeneinander. 

Dünne Metallfilme, wie sie für elektrische Kontakte verwendet werden, besitzen deshalb eine unebene Oberfläche. Es wird vermutet, dass die Leitfähigkeit enorm verbessert werden könnte, wenn man die Oberfläche glättet.

Mit einem Rastertunnelmikroskop untersuchten die Forscher Kupferfilme mit einer Stärke von 20 bis 50 Nanometern. Das Mikroskop kann die äußere Struktur eines Metalls detailliert abbilden und Unregelmäßigkeiten auf den milliardstel Millimeter darstellen. 

Dass die Oberfläche diese Unebenheiten aufweist, liegt höchstwahrscheinlich an Fehlstellen in der kristallinen Struktur der Körner. Das ist nicht ungewöhnlich, da ein Kristallgitter niemals vollkommen ist. Je nachdem, wie das Gitter ausgerichtet ist, ob sich einzelne Körner abstoßen oder anziehen, wird die Energie des Korns bestimmt. Für die einzelnen Körner ist es energetisch günstiger, wenn diese unebene Oberflächenstruktur besteht.

Weil viele andere Metalle ähnliche kristalline Eigenschaften wie Kupfer aufweisen, sei es aus der Sicht einiger Physiker nicht möglich, vollkommen plane Nanofilme zu erzeugen. Da allerdings die Struktur der Oberfläche den elektrischen Zustand beeinflusst, d.h., größere Flächen weniger leitfähig sind, wird von Wissenschaftlern daran gearbeitet, die Oberflächen zu glätten. Wenn sich Fremdatome in die Kristallgitter von Metallen einbinden ließen, könnten die elektrisch leitenden Eigenschaften gesteigert werden.

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