Uma equipe de pesquisa internacional liderada pela Universidade de Colônia conseguiu pela primeira vez conectar várias nanofitas atomicamente precisas feitas de grafeno, uma modificação do carbono, para formar estruturas complexas. Os cientistas sintetizaram e caracterizaram espectroscopicamente heterojunções nanofibras. Eles então foram capazes de integrar as heterojunções em um componente eletrônico. Desta maneira, eles criaram um novo sensor que é altamente sensível a átomos e moléculas. Os resultados de sua pesquisa foram publicados sob o título "Tunneling current modulation in atomically precise graphene nanoribbon heterojunctions 'em Nature Communications . O trabalho foi realizado em estreita cooperação entre o Instituto de Física Experimental e o Departamento de Química da Universidade de Colônia, bem como com grupos de pesquisa de Montreal, Novosibirsk, Hiroshima, e Berkeley. Foi financiado pela Fundação Alemã de Pesquisa (DFG) e pelo Conselho Europeu de Pesquisa (ERC).

As heterojunções das nanofitas de grafeno têm apenas um nanômetro - um milionésimo de milímetro - de largura. O grafeno consiste em apenas uma única camada de átomos de carbono e é considerado o material mais fino do mundo. Em 2010, pesquisadores em Manchester conseguiram fazer camadas de um átomo de grafeno pela primeira vez, pelo qual ganharam o Prêmio Nobel. "As heterojunções de nanofita de grafeno usadas para fazer o sensor têm sete e quatorze átomos de carbono de largura e cerca de 50 nanômetros de comprimento. O que as torna especiais é que suas bordas não apresentam defeitos. É por isso que são chamadas de nanofitas" atomicamente precisas ". "explicou o Dr. Boris Senkovskiy do Instituto de Física Experimental. Os pesquisadores conectaram várias dessas heterojunções de nanofibras em suas extremidades curtas, criando assim heteroestruturas mais complexas que atuam como barreiras de tunelamento.

As heteroestruturas foram investigadas usando fotoemissão resolvida em ângulo, espectroscopia óptica, e microscopia de tunelamento de varredura. Na próxima etapa, as heteroestruturas geradas foram integradas a um dispositivo eletrônico. A corrente elétrica que flui através da heteroestrutura nanofibra é governada pelo efeito de tunelamento da mecânica quântica. Isso significa que, sob certas condições, elétrons podem superar as barreiras de energia existentes nos átomos por 'tunelamento, 'de modo que uma corrente flua mesmo que a barreira seja maior do que a energia disponível do elétron.

Os pesquisadores construíram um novo sensor para a adsorção de átomos e moléculas da heteroestrutura nanofibra. A corrente do túnel através da heteroestrutura é particularmente sensível a adsorvidos que se acumulam nas superfícies. Isso é, a força atual muda quando átomos ou moléculas, como os de gases, se acumulam na superfície do sensor. "O protótipo do sensor que construímos tem excelentes propriedades. Entre outras coisas, é particularmente sensível e pode ser usado para medir até as menores quantidades de adsorbatos, "disse o professor Dr. Alexander Grüneis, chefe de um grupo de pesquisa no Instituto de Física Experimental.