Ny atomisk præcis grafen nanoribbon heterojunction sensor udviklet

Et internationalt forskerhold ledet af universitetet i Köln er for første gang lykkedes med at forbinde flere atomisk præcise nanobånd lavet af grafen, en ændring af kulstof, at danne komplekse strukturer. Forskerne har syntetiseret og spektroskopisk karakteriseret nanoribbon heterojunctions. De var derefter i stand til at integrere heterojunctions i en elektronisk komponent. På denne måde de har skabt en ny sensor, der er meget følsom over for atomer og molekyler. Resultaterne af deres forskning er blevet offentliggjort under titlen "Tunnelstrømsmodulation i atomisk præcise graphene nanoribbon heterojunctions" i Naturkommunikation . Arbejdet blev udført i tæt samarbejde mellem Institut for Eksperimentel Fysik og Institut for Kemi ved Universitetet i Köln, såvel som med forskningsgrupper fra Montreal, Novosibirsk, Hiroshima, og Berkeley. Det blev finansieret af den tyske forskningsfond (DFG) og det europæiske forskningsråd (ERC).

Heterojunctions af grafen nanobånd er kun en nanometer - en milliontedel af en millimeter - brede. Grafen består kun af et enkelt lag kulstofatomer og anses for at være det tyndeste materiale i verden. I 2010 Det lykkedes forskere i Manchester at lave enkeltatomlag af grafen for første gang, som de vandt Nobelprisen for. "Graphen nanobånds heterojunctions, der bruges til at lave sensoren, er hver syv og fjorten kulstofatomer brede og omkring 50 nanometer lange. Det, der gør dem specielle, er, at deres kanter er fri for defekter. Det er derfor, de kaldes "atomisk præcise" nanobånd, " forklarede Dr. Boris Senkovskiy fra Instituttet for Eksperimentel Fysik. Forskerne forbandt flere af disse nanobånds heterojunctions i deres korte ender, dermed skabe mere komplekse heterostrukturer, der fungerer som tunnelbarrierer.

Heterostrukturerne blev undersøgt ved hjælp af vinkelopløst fotoemission, optisk spektroskopi, og scanning tunneling mikroskopi. I næste trin, de genererede heterostrukturer blev integreret i en elektronisk enhed. Den elektriske strøm, der strømmer gennem nanobåndets heterostruktur, er styret af den kvantemekaniske tunneleffekt. Det betyder, at under visse betingelser, elektroner kan overvinde eksisterende energibarrierer i atomer ved at "tunnele", ' så der løber en strøm, selvom barrieren er større end elektronens tilgængelige energi.

Forskerne byggede en ny sensor til adsorption af atomer og molekyler fra nanobåndets heterostruktur. Tunnelstrømmen gennem heterostrukturen er særligt følsom over for adsorbater, der ophobes på overflader. Det er, den nuværende styrke ændrer sig, når atomer eller molekyler, såsom gasser, akkumuleres på sensorens overflade. "Den prototypesensor, vi byggede, har fremragende egenskaber. Bl.a. det er særligt følsomt og kan bruges til at måle selv de mindste mængder adsorbater, " sagde professor Dr. Alexander Grüneis, leder af en forskningsgruppe ved Institut for Eksperimentel Fysik.