Dynamiske tunneling-kryds ved det atomare skæringspunkt mellem to snoede grafenkanter

Leidenske fysikere og kemikere har formået at bringe to grafenlag så tæt på hinanden, at en elektrisk strøm spontant springer over. I fremtiden, dette kunne gøre det muligt for forskere at studere kanterne af grafen og bruge dem til at sekventere DNA med en præcision ud over eksisterende teknologier. Undersøgelsen er publiceret i Nano bogstaver .

Hvordan studerer man et objekt, der er så lille, at det ikke engang reflekterer lys? I dette tilfælde, fysikere kan lide at sende en strøm igennem for at måle dens ledningsevne, som afslører mange egenskaber. For ekstremt små genstande såsom et molekyle, det er lettere sagt end gjort. Forskere ville have brug for elektroder mindre end molekylet. Leiden forskerhold af fysiker Jan van Ruitenbeek og kemiker Grégory F. Schneider udtænkte en måde at undvige dette problem. De vippede to et-atom-tykke ark grafen, så de kun mødtes på et tidspunkt, hvor elektroner hoppede over fra det ene lag til det andet.

Tidligere forsøg med grafenelektroder mislykkedes, fordi lagene af natur er floppy. Leiden-forskerne deponerede dem på et siliciumsubstrat, gør dem stive helt ud til kanten. De bragte begge lag tæt nok sammen til, at der opstod tunneling - et kvantemekanisk fænomen, hvor elektroner spontant hopper til et tilstødende materiale, selvom der ikke er direkte kontakt. Enhver lille genstand imellem vil forbedre tunneleringen. Antallet af elektroner, der tunnelerer igennem, afslører nogle af materialets egenskaber.

En lovende fremtidig anvendelse kunne være DNA-sekventering. Når en enkelt DNA-streng passerer gennem det tætte mellemrum mellem grafenlagene, dens nukleotidbogstaver A, C, G og T vil skiftevis tillade et andet antal elektroner at tunnelere igennem. Fra dette, Forskere kan muligvis aflæse en DNA-streng relativt hurtigt. Van Ruitenbeek siger, "Virksomheder udvikler nu en anden metode, hvor de fører en DNA-streng gennem et hul, hvor der også strømmer vand igennem med elektrisk ladede partikler. Ud fra strømmens styrke, de ved hvilket grundbogstav der delvist blokerer hullet. Vores metode er potentielt meget mere præcis. Eller endnu bedre - vi kunne kombinere begge metoder i fremtiden."

Schneider:"Et andet vigtigt næste skridt er at scanne kanterne af grafen, hvilket er lige så attraktivt som DNA-sekventering. Kemien på kanten af ​​grafen er ekstremt svær at undersøge, og nu har vi en meget præcis udformning til at gøre det."