Un equipo de investigación internacional dirigido por la Universidad de Colonia ha logrado por primera vez conectar varias nanocintas atómicamente precisas hechas de grafeno. una modificación del carbono, para formar estructuras complejas. Los científicos han sintetizado y caracterizado espectroscópicamente heterouniones de nanocintas. Luego pudieron integrar las heterouniones en un componente electrónico. De este modo, han creado un sensor novedoso que es muy sensible a los átomos y moléculas. Los resultados de su investigación se han publicado bajo el título "Modulación de la corriente de túnel en heterouniones de nanocintas de grafeno atómicamente precisas" en Comunicaciones de la naturaleza . El trabajo se llevó a cabo en estrecha colaboración entre el Instituto de Física Experimental y el Departamento de Química de la Universidad de Colonia. así como con grupos de investigación de Montreal, Novosibirsk, Hiroshima, y Berkeley. Fue financiado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG) y el Consejo Europeo de Investigación (ERC).

Las heterouniones de las nanocintas de grafeno tienen solo un nanómetro (una millonésima de milímetro) de ancho. El grafeno consta de una sola capa de átomos de carbono y se considera el material más delgado del mundo. En 2010, investigadores de Manchester lograron crear capas de grafeno de un solo átomo por primera vez, por lo que ganaron el Premio Nobel. "Las heterouniones de nanocintas de grafeno que se utilizan para fabricar el sensor tienen siete o catorce átomos de carbono de ancho y unos 50 nanómetros de largo. Lo que los hace especiales es que sus bordes no tienen defectos. Por eso se denominan nanocintas" atómicamente precisas ". ", explicó el Dr. Boris Senkovskiy del Instituto de Física Experimental. Los investigadores conectaron varias de estas heterouniones de nanocintas en sus extremos cortos, creando así heteroestructuras más complejas que actúan como barreras de túnel.

Las heteroestructuras se investigaron mediante fotoemisión resuelta en ángulo, espectroscopia óptica, y microscopía de túnel de barrido. En el siguiente paso, las heteroestructuras generadas se integraron en un dispositivo electrónico. La corriente eléctrica que fluye a través de la heteroestructura de nanocintas se rige por el efecto de túnel de la mecánica cuántica. Esto significa que bajo ciertas condiciones, los electrones pueden superar las barreras energéticas existentes en los átomos mediante la 'formación de túneles, 'de modo que una corriente fluya a pesar de que la barrera es mayor que la energía disponible del electrón.

Los investigadores construyeron un sensor novedoso para la adsorción de átomos y moléculas de la heteroestructura de nanocintas. La corriente del túnel a través de la heteroestructura es particularmente sensible a los adsorbatos que se acumulan en las superficies. Es decir, la fuerza actual cambia cuando los átomos o moléculas, como los de los gases, se acumulan en la superficie del sensor. "El sensor prototipo que construimos tiene excelentes propiedades. Entre otras cosas, es particularmente sensible y se puede utilizar para medir incluso las cantidades más pequeñas de adsorbatos, "dijo el profesor Dr. Alexander Grüneis, jefe de un grupo de investigación del Instituto de Física Experimental.