Leidse natuur- en scheikundigen zijn erin geslaagd om twee grafeenlagen zo dicht bij elkaar te brengen dat er spontaan een elektrische stroom over springt. In de toekomst, dit zou wetenschappers in staat kunnen stellen om de randen van grafeen te bestuderen en deze te gebruiken voor het sequencen van DNA met een precisie die verder gaat dan bestaande technologieën. De studie is gepubliceerd in Nano-letters .

Hoe bestudeer je een object dat zo klein is dat het niet eens licht weerkaatst? In dit geval, natuurkundigen sturen graag een stroom door om de geleidbaarheid te meten, die veel eigenschappen onthult. Voor extreem kleine objecten zoals moleculen, dit is makkelijker gezegd dan gedaan. Onderzoekers zouden elektroden nodig hebben die kleiner zijn dan het molecuul. Leidse onderzoeksteams van natuurkundige Jan van Ruitenbeek en scheikundige Grégory F. Schneider bedachten een manier om dit probleem te omzeilen. Ze kantelden twee vellen grafeen van één atoom dik zodat ze elkaar maar op één punt ontmoetten, waar elektronen van de ene laag naar de andere sprongen.

Eerdere pogingen met grafeenelektroden mislukten omdat de lagen van nature slap zijn. De Leidse wetenschappers legden ze neer op een siliciumsubstraat, waardoor ze stijf tot aan de rand. Ze brachten beide lagen zo dicht bij elkaar dat tunneling plaatsvond - een kwantummechanisch fenomeen waarbij elektronen spontaan naar een naburig materiaal springen, ook al is er geen direct contact. Elk klein object ertussen zal de tunneling verbeteren. Het aantal elektronen dat er doorheen tunnelt, onthult enkele eigenschappen van het materiaal.

Een veelbelovende toekomstige toepassing zou DNA-sequencing kunnen zijn. Als een enkele DNA-streng door de nauwe opening tussen de grafeenlagen gaat, de nucleotideletters A, C, G en T laten afwisselend een ander aantal elektronen door tunnelen. Van dit, wetenschappers kunnen relatief snel een DNA-streng uitlezen. Van Ruitenbeek zegt, “Bedrijven ontwikkelen nu een andere methode waarbij ze een DNA-streng door een gat leiden waar ook water doorheen stroomt met elektrisch geladen deeltjes. ze weten welke basisletter het gat gedeeltelijk blokkeert. Onze methode is potentieel veel nauwkeuriger. Of beter nog:we zouden beide methoden in de toekomst kunnen combineren."

Schneider:"Een andere belangrijke volgende stap is het scannen van de randen van grafeen, wat net zo aantrekkelijk is als DNA-sequencing. De chemie aan de rand van grafeen is extreem moeilijk te onderzoeken, en nu hebben we een heel precies ontwerp om dat te doen."