Un team di ricerca internazionale guidato dall'Università di Colonia è riuscito per la prima volta a collegare diversi nanonastri atomicamente precisi fatti di grafene, una modifica del carbonio, formare strutture complesse. Gli scienziati hanno sintetizzato e caratterizzato spettroscopicamente eterogiunzioni di nanonastri. Quindi sono stati in grado di integrare le eterogiunzioni in un componente elettronico. In questo modo, hanno creato un nuovo sensore altamente sensibile agli atomi e alle molecole. I risultati della loro ricerca sono stati pubblicati con il titolo "Tunneling current modulation in atomially precise graphene nanoribbon heterojunctions" in Comunicazioni sulla natura . Il lavoro è stato svolto in stretta collaborazione tra l'Istituto di Fisica Sperimentale con il Dipartimento di Chimica dell'Università di Colonia, così come con gruppi di ricerca di Montreal, Novosibirsk, Hiroshima, e Berkeley. È stato finanziato dalla Fondazione tedesca per la ricerca (DFG) e dal Consiglio europeo della ricerca (CER).

Le eterogiunzioni dei nanonastri di grafene sono larghe solo un nanometro, un milionesimo di millimetro. Il grafene è costituito da un solo strato di atomi di carbonio ed è considerato il materiale più sottile al mondo. Nel 2010, ricercatori di Manchester sono riusciti a realizzare per la prima volta strati di grafene con un singolo atomo, per cui hanno vinto il premio Nobel. "Le eterogiunzioni di nanonastri di grafene utilizzate per realizzare il sensore sono larghe rispettivamente sette e quattordici atomi di carbonio e lunghe circa 50 nanometri. Ciò che le rende speciali è che i loro bordi sono privi di difetti. Ecco perché sono chiamate nanonastri "atomicamente precise", " ha spiegato il dott. Boris Senkovskiy dell'Istituto di fisica sperimentale. I ricercatori hanno collegato molte di queste eterogiunzioni di nanonastri alle loro estremità corte, creando così eterostrutture più complesse che fungono da barriere di tunneling.

Le eterostrutture sono state studiate utilizzando la fotoemissione ad angolo risolta, spettroscopia ottica, e microscopia a effetto tunnel. Nel passaggio successivo, le eterostrutture generate sono state integrate in un dispositivo elettronico. La corrente elettrica che scorre attraverso l'eterostruttura del nanonastro è governata dall'effetto tunnel meccanico quantistico. Ciò significa che in determinate condizioni, gli elettroni possono superare le barriere energetiche esistenti negli atomi mediante "tunneling, ' in modo che una corrente fluisca quindi anche se la barriera è maggiore dell'energia disponibile dell'elettrone.

I ricercatori hanno costruito un nuovo sensore per l'assorbimento di atomi e molecole dall'eterostruttura del nanonastro. La corrente di tunnel attraverso l'eterostruttura è particolarmente sensibile agli adsorbati che si accumulano sulle superfici. Questo è, la forza attuale cambia quando atomi o molecole, come quelli dei gas, accumularsi sulla superficie del sensore. "Il prototipo di sensore che abbiamo costruito ha proprietà eccellenti. Tra le altre cose, è particolarmente sensibile e può essere utilizzato per misurare anche le più piccole quantità di adsorbati, " ha affermato il professor Dr. Alexander Grüneis, capo di un gruppo di ricerca presso l'Istituto di Fisica Sperimentale.