حسگر جدید با اتصال ناهمگون نانوسیم گرافنی دقیق اتمی ساخته شد

یک تیم پژوهشی بین المللی به سرپرستی دانشگاهCologne  برای اولین بار موفق به اتصال چندین نانوسیم دقیق اتمی ساخته شده از گرافن، اصلاحی از کربن، برای تشکیل ساختارهای پیچیده شده است. پژوهشگران اتصال­ های ناهمگون نانوسیم را سنتز کرده و از نظر طیف­ سنجی مشخصه ­یابی کرده ­اند. سپس آن­ها توانستند اتصال­های ناهمگون را در یک جز الکترونیکی ادغام کنند. به این ترتیب، آن­ها یک حسگر جدید ایجاد کرده­اند که به اتم­ها و مولکول­ها بسیار حساس است. نتایج پژوهش­های آن­ها تحت عنوان "Tunneling current modulation in atomically precise graphene nanoribbon heterojunctions" در Nature Communications منتشر شده ­است. این کار در همکاری نزدیک بین انستیتوی فیزیک تجربی و گروه شیمی دانشگاه Cologne و همچنین با گروه­ های پژوهشی از مونترال، نووسیبیرسک، هیروشیما و برکلی انجام شده ­است. بودجه آن توسط German Research Foundation (DFG) و European Research Council (ERC) تأمین شد.

 اتصال­های ناهمگون نانوسیم­ های گرافنی تنها یک نانومتر -یک میلیونیم میلی­متر- عرض دارند. گرافن تنها از یک لایه اتم کربن تشکیل شده ­است و باریک­ترین ماده در جهان محسوب می­شود. در سال ۲۰۱۰، پژوهشگران در منچستر موفق شدند برای اولین بار لایه­ های تک اتمی گرافن بسازند که برای آن جایزه نوبل را از آن خود کردند. دکترBoris Senkovskiy  از انستیتوی فیزیک تجربی می­گوید: " اتصال­های ناهمگون نانوسیم­ های گرافنی که برای ساخت سنسور مورد استفاده قرار گرفتند، هر کدام هفتصد و چهارده اتم کربن عرض و حدود ۵۰ نانومتر طول دارند. آنچه آنها را خاص می­کند؛ این است که لبه­ های آن­ها عاری از عیب است. به همین دلیل است که آنها را نانوسیم ­های" دقیق اتمی "می­نامند." پژوهشگران چندین اتصال­های ناهمگون نانوسیم­ ها را در انتهای کوتاهشان به هم متصل کردند، بنابراین هتروساختارهای پیچیده ­تری ایجاد کردند که به عنوان موانع پدیده­ ی تونل­زنی عمل می­کنند.

هتروساختارها با استفاده از انتشار عکس با زاویه، طیف ­سنجی نوری و میکروسکوپ تونلی روبشی بررسی شدند. در مرحله بعدی، هتروساختارهای تولید شده در یک دستگاه الکترونیکی ادغام شدند. جریان الکتریکی جریان یافته از طریق هترو ساختار نانوسیم با اثر تونل مکانیکی کوانتوم اداره می­شود. این بدان معناست که در شرایط خاص، الکترون­ها می­توانند با تونل زدن بر موانع انرژی موجود در اتم­ها غلبه کنند؛ به طوری که جریان حتی اگر مانع از انرژی موجود الکترون بیشتر باشد، جریان می­یابد.

پژوهشگران یک حسگر جدید برای جذب اتم­ها و مولکول­ها در ساختار نانوسیم ساخته­ اند. جریان تونل در هتروساختار به ویژه به جاذب ­های جمع شده روی سطوح حساس است. به این معنی که، قدرت جریان با تجمع اتم­ها یا مولکول­ها، مانند گازها روی سطح سنسور، تغییر می­کند. پروفسور دکتر Alexander Grüneis، رئیس یک گروه پژوهشی در انستیتوی فیزیک تجربی گفت: " نمونه اولیه سنسور ساخته شده ­ی ما دارای ویژگی­های بسیار خوبی است. از جمله، حساسیت ویژه­ ای دارد و می­تواند برای اندازه ­گیری حتی کمترین مقدار جاذب­ ها مورد استفاده قرار گیرد. "

گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی
منبع: https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۱/۵/۱۳/new-atomically-precise-graphene-nanoribbon-heterojunction-sensor-developed