Forståelse af elektrontransport i grafen nanobånd

Grafen er et moderne vidundermateriale med unikke styrkeegenskaber, fleksibilitet og ledningsevne, mens den er rigelig og bemærkelsesværdig billig at producere, udlåner det til et væld af nyttige applikationer - især når disse 2-D atomtykke plader af kulstof er opdelt i smalle strimler kendt som Graphene Nanoribbons (GNR'er).

Ny forskning offentliggjort i EPJ Plus , forfattet af Kristians Cernevics, Michele Pizzochero, og Oleg V. Yazyev, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), Lausanne, Schweiz, har til formål bedre at forstå elektrontransportegenskaberne af GNR'er, og hvordan de påvirkes af binding med aromater. Dette er et nøgletrin i design af teknologi som kemosensorer.

"Graphene nanoribbons - strimler af grafen kun få nanometer brede - er en ny og spændende klasse af nanostrukturer, der er dukket op som potentielle byggesten til en bred vifte af teknologiske anvendelser, " siger Cernevics.

Holdet udførte deres undersøgelse med de to former for GNR, lænestol og zigzag, som er kategoriseret efter formen på materialets kanter. Disse egenskaber er overvejende skabt af den proces, der bruges til at syntetisere dem. Ud over dette, EPFL-holdet eksperimenterede p-polyphenyl- og polyacengrupper af stigende længde.

"Vi har brugt avancerede computersimuleringer til at finde ud af, hvordan den elektriske ledningsevne af grafen nanobånd påvirkes af kemisk funktionalisering med organiske gæstemolekyler, der består af kæder sammensat af et stigende antal aromatiske ringe, " siger Cernevics.

Holdet opdagede, at ledningsevnen ved energier, der matcher energiniveauerne for det tilsvarende isolerede molekyle, blev reduceret med et kvante, eller efterladt upåvirket baseret på, om antallet af aromatiske ringe, som det bundne molekyle havde, var ulige eller lige. Undersøgelsen viser, at denne 'lige-ulige effekt' stammer fra et subtilt samspil mellem de elektroniske tilstande af gæstemolekylet, der er rumligt lokaliseret på bindingsstederne og værtens nanobånd.

"Vores resultater viser, at interaktionen mellem de organiske gæstemolekyler og værtsgrafen nanobåndet kan udnyttes til at detektere 'fingeraftrykket' af det gæstearomatiske molekyle, og derudover tilbyde et solidt teoretisk grundlag for at forstå denne effekt, " Cernevics konkluderer:"Samlet set, vores arbejde fremmer gyldigheden af ​​grafen nanobånd som lovende kandidater til næste generations kemosensing-enheder."

Disse potentielt bærbare eller implanterbare sensorer vil i høj grad stole på GRB'er på grund af deres elektriske egenskaber og kan stå i spidsen for en personlig sundhedsrevolution ved at spore specifikke biomarkører hos patienter.