Fysiker vid universitetet i Basel lyckas syntetisera bordopade grafen-nanoband och karakterisera deras strukturella, elektroniska och kemiska egenskaper. Det modifierade materialet skulle potentiellt kunna användas som en sensor för de ekologiskt skadliga kväveoxiderna, forskare rapporterar i det senaste numret av Naturkommunikation .

Grafen är ett av de mest lovande materialen för att förbättra elektroniska enheter. Det tvådimensionella kolskiktet uppvisar hög elektronrörlighet och har följaktligen utmärkt konduktivitet. Andra än vanliga halvledare, materialet saknar det så kallade bandgapet, ett energiområde i ett fast ämne där inga elektrontillstånd kan existera. Därför, det undviker en situation där enheten är elektroniskt avstängd. Dock, för att tillverka effektiva elektroniska omkopplare från grafen, det är nödvändigt att materialet kan kopplas "på" och "av".

Lösningen på detta problem ligger i att trimma grafenarket till en bandliknande form, namngiven grafen nanoribbon (GNR). Därigenom kan den ändras till att ha ett bandgap vars värde är beroende av formens bredd.

Syntes på guldyta

För att justera bandgapet så att grafennanorbanden ska fungera som en väletablerad kiselhalvledare, banden dopas. För detta ändamål, forskarna inför avsiktligt föroreningar i rent material i syfte att modulera dess elektriska egenskaper. Medan kvävedopning har realiserats, boron-doping har förblivit outforskad. Senare, de elektroniska och kemiska egenskaperna har hittills varit oklara.

Prof. Dr. Ernst Meyer och Dr. Shigeki Kawai från institutionen för fysik vid universitetet i Basel, assisterad av forskare från japanska och finska universitet, har lyckats syntetisera bordopade grafen nanoband med olika bredder. De använde en kemisk reaktion på ytan med en nysyntetiserad prekursormolekyl på en atomärt ren guldyta. De kemiska strukturerna löstes direkt genom den senaste atomkraftsmikroskopi vid låg temperatur.

Mot en kväveoxidsensor

Den dopade platsen för boratomen bekräftades entydigt och dess dopningsförhållande – antalet boratomer i förhållande till det totala antalet atomer inom nanobandet – låg på 4,8 atomprocent. Genom att dosera kväveoxidgas, den kemiska egenskapen känd som Lewis-surheten kunde också bekräftas.

Den dopade kväveoxidgasen adsorberades mycket selektivt på borstället. Denna mätning indikerar att det bordopade grafennanorbandet kan användas för en ultrahögkänslig gassensor för kväveoxider som för närvarande är ett hett ämne i branschen eftersom de är mycket skadliga för miljön.