Onderzoekers van de Chalmers University of Technology, Zweden, samen met collega's van andere universiteiten, hebben de mogelijkheid ontdekt om platina van één atoom dun te maken voor gebruik als chemische sensor. De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Advanced Material Interfaces.

Een schema van platina-atomen afgezet op het oppervlak van de koolstof "bufferlaag, " wat een grafeenachtig 2-D isolatiemateriaal is dat epitaxiaal op siliciumcarbide is gegroeid, dat tweedimensionale groei van platina mogelijk maakt.

"In een notendop, we zijn erin geslaagd een metaallaag van slechts één atoom dik te maken - een soort nieuw materiaal. We ontdekten dat dit atomair dunne metaal supergevoelig is voor zijn chemische omgeving. Zijn elektrische weerstand verandert aanzienlijk wanneer het in wisselwerking staat met gassen, " legt Kyung Ho Kim uit, postdoc bij het Quantum Device Physics Laboratory bij de afdeling Microtechnology and Nanoscience van Chalmers, en hoofdauteur van het artikel.

De essentie van het onderzoek is de ontwikkeling van 2D-materialen die verder gaan dan grafeen.

"Atomair dun platina zou nuttig kunnen zijn voor ultragevoelige en snelle elektrische detectie van chemicaliën. We hebben het geval van platina tot in detail bestudeerd, maar andere metalen zoals palladium produceren vergelijkbare resultaten, " zegt Samuel Lara Avila, Universitair hoofddocent aan het Quantum Device Physics Laboratory en een van de auteurs van het artikel.

De onderzoekers gebruikten het gevoelige chemisch-naar-elektrische transductievermogen van atomair dun platina om giftige gassen te detecteren op het niveau van delen per miljard. Ze toonden dit aan met detectie van benzeen, een verbinding die zelfs in zeer kleine concentraties kankerverwekkend is, en waarvoor geen goedkope detectieapparatuur bestaat.

“Deze nieuwe aanpak, met behulp van atomair dunne metalen, is veelbelovend voor toekomstige toepassingen voor monitoring van de luchtkwaliteit, " zegt Jens Eriksson, Hoofd van de afdeling Toegepaste sensorwetenschap aan de Universiteit van Linköping en co-auteur van het artikel.

Het verhogen van de gevoeligheid van gassensoren in vaste toestand door nanogestructureerde materialen op te nemen als het actieve detectie-element kan worden bemoeilijkt door effecten op de interfaces. Interfaces bij nanodeeltjes, granen, of contacten kunnen resulteren in een niet-lineaire stroom-spanningsrespons, hoge elektrische weerstand, en uiteindelijk, elektrische ruis die de uitlezing van de sensor beperkt.

Dit werk rapporteert de mogelijkheid om elektrisch continue platinalagen op één atoomdikte te maken, door fysieke dampafzetting op de koolstofnullaag (ook bekend als de bufferlaag) epitaxiaal gegroeid op siliciumcarbide. Met een 3-4 Å dunne Pt-laag, de elektrische geleidbaarheid van het metaal wordt sterk gemoduleerd bij interactie met chemische analyten, als gevolg van kosten die worden overgedragen van/naar Pt. De sterke interactie met chemische soorten, samen met de schaalbaarheid van het materiaal, maakt de fabricage mogelijk van chemiresistor-apparaten voor elektrische uitlezing van chemische soorten met detectielimieten van minder dan een miljard (ppb). Het 2D-systeem gevormd door atomair dun Pt op de koolstofnullaag op SiC opent een route voor veerkrachtige en zeer gevoelige chemische detectie en kan de weg zijn voor het ontwerpen van nieuwe heterogene katalysatoren met superieure activiteit en selectiviteit.