Ett team av fysiker och kemister har tagit fram de första porösa grafenbanden där specifika kolatomer i kristallgittret ersätts med kväveatomer. Dessa band har halvledande egenskaper som gör dem attraktiva för applikationer inom elektronik och kvantdatorer, som rapporterats av forskare från universiteten i Basel, Bern, Lancaster och Warwick i Journal of the American Chemical Society .

Grafen består av ett enda lager av kolatomer arrangerade i en bikakestruktur. Materialet är av intresse inte bara för grundforskning utan även för olika tillämpningar med tanke på dess unika egenskaper, som inkluderar utmärkt elektrisk ledningsförmåga samt häpnadsväckande styrka och styvhet. Forskarlag runt om i världen arbetar för att ytterligare utöka dessa egenskaper genom att ersätta kolatomer i kristallgittret med atomer av olika grundämnen. Dessutom, elektriska och magnetiska egenskaper kan också modifieras genom bildandet av porer i gittret.

Stegeliknande struktur

Nu, ett team av forskare ledda av fysikern professor Ernst Meyer vid universitetet i Basel och kemisten Dr. Shi-Xia Liu från universitetet i Bern har lyckats framställa de första grafenbanden vars kristallgitter innehåller både periodiska porer och ett regelbundet mönster av kväveatomer. Strukturen på detta nya material liknar en stege, med varje stegpinne som innehåller två kväveatomer.

För att syntetisera dessa porösa, kväveinnehållande grafenband, forskarna värmde de enskilda byggstenarna steg för steg på en silveryta i ett vakuum. Banden bildas vid temperaturer upp till 220 ° C. Atomkraftsmikroskopi gjorde att forskarna inte bara kunde övervaka de enskilda stegen i syntesen, men också för att bekräfta den perfekta stegstrukturen – och stabiliteten – hos molekylen.

Extraordinära fastigheter

Med hjälp av skanningstunnelmikroskopi, forskarna från Institutionen för fysik och Swiss Nanoscience Institute (SNI) vid universitetet i Basel visade också att dessa nya grafenband inte längre var elektriska ledare, som ren grafen, men faktiskt betedde sig som halvledare. Kollegor från universiteten i Bern och Warwick bekräftade dessa fynd genom att utföra teoretiska beräkningar av de elektroniska egenskaperna. "De halvledande egenskaperna är viktiga för de potentiella tillämpningarna inom elektronik, eftersom deras konduktivitet kan justeras specifikt, " säger Dr. Rémy Pawlak, första författare till studien.

Från litteraturen, det är känt att en hög koncentration av kväveatomer i kristallgittret gör att grafenband magnetiserar när de utsätts för ett magnetfält. "Vi förväntar oss dessa porösa, kvävedopade grafenband för att visa extraordinära magnetiska egenskaper, " säger Ernst Meyer. "I framtiden, banden kan därför vara av intresse för tillämpningar inom kvantberäkning."