Porøse grafenbånd doteret med nitrogen til elektronik og kvanteberegning

Et team af fysikere og kemikere har fremstillet de første porøse grafenbånd, hvor specifikke kulstofatomer i krystalgitteret er erstattet med nitrogenatomer. Disse bånd har halvledende egenskaber, der gør dem attraktive til applikationer inden for elektronik og kvantecomputere, som rapporteret af forskere fra universiteterne i Basel, Bern, Lancaster og Warwick i Journal of the American Chemical Society .

Grafen består af et enkelt lag af kulstofatomer arrangeret i en bikagestruktur. Materialet er af interesse ikke kun i grundforskning, men også til forskellige anvendelser på grund af dets unikke egenskaber, som omfatter fremragende elektrisk ledningsevne samt forbløffende styrke og stivhed. Forskerhold rundt om i verden arbejder på at udvide disse egenskaber yderligere ved at erstatte carbonatomer i krystalgitteret med atomer af forskellige grundstoffer. I øvrigt, elektriske og magnetiske egenskaber kan også modificeres ved dannelsen af ​​porer i gitteret.

Stigelignende struktur

Nu, et team af forskere ledet af fysikeren professor Ernst Meyer fra universitetet i Basel og kemikeren Dr. Shi-Xia Liu fra universitetet i Bern er lykkedes med at fremstille de første grafenbånd, hvis krystalgitter indeholder både periodiske porer og et regulært mønster af nitrogen atomer. Strukturen af ​​dette nye materiale ligner en stige, hvor hvert trin indeholder to nitrogenatomer.

For at syntetisere disse porøse, nitrogenholdige grafenbånd, forskerne opvarmede de enkelte byggesten trin for trin på en sølvoverflade i vakuum. Båndene dannes ved temperaturer op til 220°C. Atomkraftmikroskopi gjorde det muligt for forskerne ikke kun at overvåge de individuelle trin i syntesen, men også for at bekræfte den perfekte stigestruktur – og stabilitet – af molekylet.

Ekstraordinære ejendomme

Ved hjælp af scanning tunneling mikroskopi, Forskerne fra Institut for Fysik og det schweiziske Nanovidenskabsinstitut (SNI) ved Basel Universitet viste også, at disse nye grafenbånd ikke længere var elektriske ledere, som ren grafen, men faktisk opførte sig som halvledere. Kolleger fra universiteterne i Bern og Warwick bekræftede disse resultater ved at udføre teoretiske beregninger af de elektroniske egenskaber. "De halvledende egenskaber er afgørende for de potentielle anvendelser inden for elektronik, da deres ledningsevne kan justeres specifikt, " siger Dr. Rémy Pawlak, første forfatter til undersøgelsen.

Fra litteraturen, det er kendt, at en høj koncentration af nitrogenatomer i krystalgitteret får grafenbånd til at magnetisere, når de udsættes for et magnetfelt. "Vi forventer disse porøse, nitrogen-doterede grafenbånd for at vise ekstraordinære magnetiske egenskaber, " siger Ernst Meyer. "I fremtiden vil båndene kunne derfor være af interesse for applikationer inden for kvanteberegning."