I fisici dell'Università di Basilea riescono a sintetizzare nanonastri di grafene drogati con boro e a caratterizzarne la struttura, proprietà elettroniche e chimiche. Il materiale modificato potrebbe essere potenzialmente utilizzato come sensore per gli ossidi di azoto dannosi per l'ambiente, gli scienziati riferiscono nell'ultimo numero di Comunicazioni sulla natura .

Il grafene è uno dei materiali più promettenti per migliorare i dispositivi elettronici. Il foglio di carbonio bidimensionale mostra un'elevata mobilità degli elettroni e di conseguenza ha un'eccellente conduttività. Oltre ai normali semiconduttori, il materiale manca del cosiddetto band gap, un intervallo di energia in un solido in cui non possono esistere stati di elettroni. Perciò, evita una situazione in cui il dispositivo è spento elettronicamente. Però, per fabbricare interruttori elettronici efficienti dal grafene, è necessario che il materiale possa essere acceso e spento.

La soluzione a questo problema sta nel tagliare il foglio di grafene in una forma simile a un nastro, chiamato grafene nanoribbon (GNR). In tal modo può essere modificato per avere un intervallo di banda il cui valore dipende dalla larghezza della forma.

Sintesi su superficie d'oro

Per regolare il band gap in modo che i nanonastri di grafene agiscano come un semiconduttore di silicio ben consolidato, i nastri vengono drogati. A quello scopo, i ricercatori introducono intenzionalmente impurità nel materiale puro allo scopo di modulare le sue proprietà elettriche. Mentre è stato realizzato il drogaggio con azoto, boro-doping è rimasto inesplorato. Successivamente, le proprietà elettroniche e chimiche sono rimaste finora poco chiare.

Prof. Dr. Ernst Meyer e Dr. Shigeki Kawai del Dipartimento di Fisica dell'Università di Basilea, assistiti da ricercatori di università giapponesi e finlandesi, sono riusciti a sintetizzare nanonastri di grafene drogati con boro con varie larghezze. Hanno usato una reazione chimica sulla superficie con una molecola precursore di nuova sintesi su una superficie d'oro atomicamente pulita. Le strutture chimiche sono state risolte direttamente mediante microscopia a forza atomica all'avanguardia a bassa temperatura.

Verso un sensore di ossido di azoto

Il sito drogato dell'atomo di boro è stato confermato senza ambiguità e il suo rapporto di drogaggio - il numero di atomi di boro rispetto al numero totale di atomi all'interno del nanonastro - era del 4,8 percento atomico. Dosando ossido nitrico gas, anche la proprietà chimica nota come acidità di Lewis potrebbe essere confermata.

Il gas di ossido nitrico drogato è stato adsorbito in modo altamente selettivo sul sito del boro. Questa misurazione indica che il nanonastro di grafene drogato con boro può essere utilizzato per un sensore di gas ad altissima sensibilità per gli ossidi di azoto che sono attualmente un argomento caldo nel settore in quanto altamente dannoso per l'ambiente.