Een team van natuur- en scheikundigen heeft de eerste poreuze grafeenlinten gemaakt waarin specifieke koolstofatomen in het kristalrooster zijn vervangen door stikstofatomen. Deze linten hebben halfgeleidende eigenschappen waardoor ze aantrekkelijk zijn voor toepassingen in de elektronica en quantum computing, zoals gerapporteerd door onderzoekers van de universiteiten van Basel, Bern, Lancaster en Warwick in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Grafeen bestaat uit een enkele laag koolstofatomen die in een honingraatstructuur zijn gerangschikt. Het materiaal is niet alleen interessant voor fundamenteel onderzoek, maar ook voor verschillende toepassingen gezien zijn unieke eigenschappen, die uitstekende elektrische geleidbaarheid en verbazingwekkende sterkte en stijfheid omvatten. Onderzoeksteams over de hele wereld werken eraan om deze eigenschappen verder uit te breiden door koolstofatomen in het kristalrooster te vervangen door atomen van verschillende elementen. Bovendien, elektrische en magnetische eigenschappen kunnen ook worden gewijzigd door de vorming van poriën in het rooster.

Ladderachtige structuur

Nutsvoorzieningen, een team van onderzoekers onder leiding van de natuurkundige professor Ernst Meyer van de Universiteit van Basel en de chemicus Dr. Shi-Xia Liu van de Universiteit van Bern zijn erin geslaagd de eerste grafeenlinten te produceren waarvan het kristalrooster zowel periodieke poriën als een regelmatig patroon van stikstof atomen. De structuur van dit nieuwe materiaal lijkt op een ladder, waarbij elke sport twee stikstofatomen bevat.

Om deze poreuze, stikstofhoudende grafeenlinten, de onderzoekers verwarmden de afzonderlijke bouwstenen stap voor stap op een zilveren oppervlak in een vacuüm. De linten worden gevormd bij temperaturen tot 220 °C. Met atoomkrachtmicroscopie konden de onderzoekers niet alleen de afzonderlijke stappen in de synthese volgen, maar ook om de perfecte ladderstructuur - en stabiliteit - van het molecuul te bevestigen.

Buitengewone eigenschappen

Met behulp van scanning tunneling microscopie, de wetenschappers van de afdeling Natuurkunde en het Zwitserse Nanoscience Institute (SNI) aan de Universiteit van Basel hebben ook aangetoond dat deze nieuwe grafeenlinten niet langer elektrische geleiders waren, zoals puur grafeen, maar gedroeg zich eigenlijk als halfgeleiders. Collega's van de universiteiten van Bern en Warwick bevestigden deze bevindingen door theoretische berekeningen van de elektronische eigenschappen uit te voeren. "De halfgeleidende eigenschappen zijn essentieel voor de mogelijke toepassingen in de elektronica, omdat hun geleidbaarheid specifiek kan worden aangepast, " zegt Dr. Rémy Pawlak, eerste auteur van de studie.

Uit de literatuur, het is bekend dat een hoge concentratie stikstofatomen in het kristalrooster ervoor zorgt dat grafeenlinten magnetiseren wanneer ze worden blootgesteld aan een magnetisch veld. "We verwachten dat deze poreuze, met stikstof gedoteerde grafeenlinten om buitengewone magnetische eigenschappen te vertonen, ", zegt Ernst Meyer. "In de toekomst, de linten kunnen daarom interessant zijn voor toepassingen in quantum computing."