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由科隆大學領導的一個國際研究小組首次成功地連接了幾個由石墨烯（一種碳的變體）制成的原子級精確納米帶，以形成復雜的結構�？茖W家們已經合成并用光譜表征了納米帶異質結。然后他們能夠將異質結集成到電子元件中。通過這種方式，他們創(chuàng)造了一種對原子和分子高度敏感的新型傳感器。他們的研究結果已在《自然通訊》上以“原子精確石墨烯納米帶異質結中的隧道電流調制”為標題發(fā)表. 這項工作是在實驗物理研究所與科隆大學化學系以及蒙特利爾、新西伯利亞、廣島和伯克利的研究小組的密切合作下進行的。它由德國研究基金會 (DFG) 和歐洲研究委員會 (ERC) 資助。

石墨烯納米帶的異質結只有一納米——百萬分之一毫米——寬。石墨烯僅由單層碳原子組成，被認為是世界上最薄的材料。2010 年，曼徹斯特的研究人員首次成功制造出單原子層的石墨烯，并因此獲得了諾貝爾獎�！笆�墨烯 納米帶用于制造傳感器的異質結各有 7 個和 14 個碳原子寬，約 50 納米長。它們的特別之處在于它們的邊緣沒有缺陷。實驗物理研究所的 Boris Senkovskiy 博士解釋說，這就是為什么它們被稱為“原子級精確”納米帶的原因。研究人員在短端連接了幾個這樣的納米帶異質結，從而創(chuàng)建了更復雜的異質結構，作為隧道勢壘。

使用角分辨光電子發(fā)射、光譜學和掃描隧道顯微鏡研究異質結構。在下一步中，生成的異質結構被集成到電子設備中。的電流流過納米帶異質結構由量子力學的隧道效應支配。這意味著在某些條件下，電子可以通過“隧道效應”克服原子中現有的能壘，因此即使勢壘大于電子的可用能量，電流也會流動。

研究人員構建了一種新型傳感器，用于從納米帶異質結構中吸附原子和分子。通過異質結構的隧道電流對表面上積累的吸附物特別敏感。也就是說，當原子或分子（例如氣體）聚集在傳感器表面時，電流強度會發(fā)生變化。“我們構建的原型傳感器具有出色的性能。除其他外，它特別敏感，甚至可以用于測量最少量的吸附物，”實驗物理研究所研究小組組長亞歷山大·格魯內斯教授說.