Inzicht in elektronentransport in grafeen nanoribbons

Grafeen is een modern wondermateriaal met unieke eigenschappen van sterkte, flexibiliteit en geleidbaarheid, terwijl het overvloedig en opmerkelijk goedkoop te produceren is, waardoor het voor een groot aantal nuttige toepassingen kan worden gebruikt – vooral wanneer deze 2-D atoomdikte koolstofplaten worden opgesplitst in smalle strips bekend als Graphene Nanoribbons (GNR’s).

Nieuw onderzoek gepubliceerd in EPJ Plus, geschreven door Kristians Cernevics, Michele Pizzochero en Oleg V. Yazyev, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), Lausanne, Zwitserland, heeft tot doel de elektronentransporteigenschappen van GNR’s beter te begrijpen en hoe ze worden beïnvloed door binding met aromaten. Dit is een belangrijke stap bij het ontwerpen van technologie zoals chemosensoren.

“Grafeen nanoribbons – stroken grafeen van slechts enkele nanometers breed – zijn een nieuwe en opwindende klasse van nanostructuren die naar voren zijn gekomen als mogelijke bouwstenen voor een breed scala aan technologische toepassingen,” zegt Cernevics.

Het team voerde hun onderzoek uit met de twee vormen van GNR, fauteuil en zigzag, die worden gecategoriseerd door de vorm van de randen van het materiaal. Deze eigenschappen worden voornamelijk gecreëerd door het proces dat wordt gebruikt om ze te synthetiseren. Daarnaast experimenteerde het EPFL-team met p-polyfenyl- en polyaceengroepen met toenemende lengte.

“We hebben geavanceerde computersimulaties gebruikt om erachter te komen hoe de elektrische geleidbaarheid van grafeen nanoribbons wordt beïnvloed door chemische functionalisatie met organische gastmoleculen die bestaan ​​uit ketens die zijn samengesteld uit een toenemend aantal aromatische ringen”, zegt Cernevics.

Het team ontdekte dat de geleiding bij energieën die overeenkomen met de energieniveaus van het overeenkomstige geïsoleerde molecuul met één kwantum werd verminderd, of onaangetast bleef op basis van het feit of het aantal aromatische ringen dat het gebonden molecuul bezit oneven of even was. De studie toont aan dat dit ‘even-oneven effect’ voortkomt uit een subtiel samenspel tussen de elektronische toestanden van het gastmolecuul ruimtelijk gelokaliseerd op de bindingsplaatsen en die van het gast-nanoribbon.

“Onze bevindingen tonen aan dat de interactie van de organische gastmoleculen met de grafeen nanoribbon van de gastheer kan worden benut om de ‘vingerafdruk’ van het aromatische gastmolecuul te detecteren, en bovendien een stevige theoretische basis bieden om dit effect te begrijpen”, besluit Cernevics: ” , bevordert ons werk de geldigheid van grafeen nanoribbons als veelbelovende kandidaten voor chemosensoren van de volgende generatie. “

Deze potentieel draagbare of implanteerbare sensoren zullen vanwege hun elektrische eigenschappen sterk afhankelijk zijn van GRB’s en zouden een speerpunt kunnen zijn van een gepersonaliseerde gezondheidsrevolutie door specifieke biomarkers bij patiënten te volgen.