Ultraschnelle elektronische Reaktion von Graphen auf ein starkes und lokales elektrisches Feld

Die Reaktion von Leitungs-Elektronen auf ultraschnelle externe Störungen in nieder-dimensionalen Materialien steht im Zentrum der Gestaltung zukünftiger Geräte für (opto)elektronische Anwendungen, photodetektierende Systeme und Spintronik. Höchstgeladene Ionen bieten ein Werkzeug zur Untersuchung der elektronischen Reaktion von Feststoffen auf extrem starke elektrische Felder, die auf nanometrisch große Bereiche lokalisiert sind. Mit Ionenübertragungszeiten im Bereich von Femtosekunden können wir die lokale elektronische Dynamik einer ultradünnen Folie in diesem Zeitrahmen direkt untersuchen. Hier berichten wir über die Fähigkeit von freistehendem einlagigem Graphen, innerhalb von nur wenigen Femtosekunden Dutzende von Elektronen zur Ladungsneutralisation eines langsamen stark geladenen Ions bereitzustellen. Mit Werten über 10^12 A cm⁻² übersteigt die resultierende lokale Stromdichte in Graphen die zuvor gemessenen Durchbruchströme um drei Größenordnungen. Überraschenderweise reißt das vorbeiziehende Ion keine nanometrisch großen Löcher in das einlagige Graphen. Wir verwenden zeitabhängige Dichtemethodentheorie, um Einblicke in die Multielektronendynamik zu gewinnen.