Vellykket bor-doping af grafen-nanoribbon

Fysikere ved universitetet i Basel lykkes med at syntetisere bor-dopede grafen-nanoriboner og karakterisere deres strukturelle, elektroniske og kemiske egenskaber. Det modificerede materiale kan potentielt bruges som en sensor til de økologisk skadelige nitrogenoxider, forskere rapporterer i det seneste nummer af Naturkommunikation .

Graphene er et af de mest lovende materialer til forbedring af elektroniske enheder. Det todimensionale carbonark udviser høj elektronmobilitet og har derfor fremragende ledningsevne. Andre end sædvanlige halvledere, materialet mangler det såkaldte båndgab, et energiområde i et fast stof, hvor der ikke kan eksistere elektrontilstande. Derfor, det undgår en situation, hvor enheden er elektronisk slukket. Imidlertid, for at fremstille effektive elektroniske switches fra grafen, det er nødvendigt, at materialet kan slås "til" og "fra".

Løsningen på dette problem ligger i at trimme grafenarket til en båndlignende form, kaldet grafen nanoribbon (GNR). Derved kan det ændres til at have et båndgab, hvis værdi afhænger af formens bredde.

Syntese om guldoverflade

For at indstille båndgabet, så grafen-nanoribbons kan fungere som en veletableret siliciumhalvleder, båndene bliver dopet. Til det formål, forskerne forsætligt indføre urenheder i rent materiale med det formål at modulere dets elektriske egenskaber. Mens nitrogendoping er blevet realiseret, bor-doping er forblevet uudforsket. Efterfølgende, de elektroniske og kemiske egenskaber har hidtil været uklare.

Prof. Dr. Ernst Meyer og Dr. Shigeki Kawai fra Institut for Fysik ved University of Basel, bistået af forskere fra japanske og finske universiteter, er det lykkedes at syntetisere bor-dopede grafen-nanoribbons med forskellige bredder. De brugte en kemisk reaktion på overfladen med et nyligt syntetiseret forstadiemolekyle på en atomisk ren guldoverflade. De kemiske strukturer blev direkte løst ved state-of-the-art atomkraftmikroskopi ved lav temperatur.

Mod en kvælstofoxidsensor

Boratomets dopede sted blev entydigt bekræftet, og dets dopingforhold - antallet af boratomer i forhold til det samlede antal atomer i nanoribbon - lå på 4,8 atomprocent. Ved dosering af nitrogenoxidgas, den kemiske egenskab kendt som Lewis -surheden kunne også bekræftes.

Den dopede nitrogenoxidgas blev stærkt selektivt adsorberet på borstedet. Denne måling indikerer, at det bor-dopede grafen-nanoribbon kan bruges til en ultrahøj følsom gassensor for nitrogenoxider, der i øjeblikket er et varmt emne i branchen som værende meget skadeligt for miljøet.