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Aus dem atomar genauen Nanoribon-Graphen wurde ein neuer heterogener Sensor entwickelt

Einem internationalen Forschungsteam unter der Leitung der Universität zu Köln ist es erstmals gelungen, mehrere atomare nanoskalige Streifen aus Graphen, einer Modifikation von Kohlenstoff, zu komplexen Strukturen zu verbinden. Wissenschaftler haben den nanopartikulären Heteroübergang spektrophotometrisch synthetisiert und charakterisiert. Dann konnten sie Heterotrophe in eine elektronische Komponente einbauen. Auf diese Weise haben sie einen neuen Sensor geschaffen, der sehr empfindlich gegenüber Atomen und Molekülen ist. Ihre Forschungsergebnisse wurden unter der Überschrift “Current Modification Tunneling in atomar dünnen heterogenen Nanoribonen” in veröffentlicht Naturkommunikation. Die Arbeiten wurden in enger Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Experimentalphysik mit dem Fachbereich Chemie der Universität zu Köln sowie mit Forschungsgruppen aus Montreal, Nowosibirsk, Hiroshima und Berkeley durchgeführt. Es wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Europäischen Forschungsrat (ERC) gefördert.

Die heterogene Interferenz von Graphen-Nanoröhren beträgt nur einen Nanometer – ein Millionstel Millimeter breit. Graphen besteht nur aus einer Schicht von Kohlenstoffatomen und gilt als das dünnste Material der Welt. 2010 stellten Forscher in Manchester erstmals monoatomare Graphenschichten her, für die sie den Nobelpreis erhielten. Die heterogene Interferenz durch das zur Herstellung des Sensors verwendete Nanoribon-Graphen beträgt siebenundvierzig Kohlenstoffatome in der Breite und etwa 50 nm Länge. Das Besondere daran ist, dass die Kanten fehlerfrei sind. Deshalb werden sie “Nanostartikel” genannt, wie Dr. Boris Sinkowski vom Institut für Experimentalphysik erklärte. Forscher haben viele dieser Heterocyclen mit ihren kurzen Enden verknüpft und komplexere heterogene Strukturen geschaffen, die als Tunnelbarrieren fungieren.

Heterogene Strukturen wurden unter Verwendung von Winkellinsenemission, optischer Spektroskopie und Tunnelmikroskopie untersucht. Im nächsten Schritt wurden die erzeugten heterogenen Strukturen in ein elektronisches Gerät eingebaut. Der durch die nanoskalige heterogene Struktur fließende elektrische Strom wird einem quantenmechanischen Tunneleffekt ausgesetzt. Dies bedeutet, dass Elektronen unter bestimmten Bedingungen die Energiebarrieren in den Atomen durch “Tunneln” überwinden können, so dass der Strom fließt, obwohl die Barriere größer ist als die dem Elektron zur Verfügung stehende Energie.

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Forscher haben einen neuen Sensor gebaut, um Atome und Moleküle aus der nanoskaligen heterogenen Struktur zu absorbieren. Der Tunnelstrom durch die heterogene Struktur ist besonders empfindlich gegenüber Adsorbentien, die sich auf Oberflächen ansammeln. Das heißt, die Stromstärke ändert sich, wenn sich Atome oder Moleküle, beispielsweise in Gasen, auf der Oberfläche des Sensors ansammeln. Der von uns erstellte Primärsensor weist hervorragende Eigenschaften auf. Professor Dr. Alexander Grunis, Leiter einer Forschungsgruppe am Institut für Experimentalphysik, sagte unter anderem, dass es besonders empfindlich ist und zur Messung selbst kleinster Adsorbatmengen verwendet werden kann.

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