Erfolgreiche Bor-Dotierung von Graphen-Nanoband
Neues Material eignet sich als hochsensibler Gassensor für Stickstoffoxide.
Mit Bor-Atomen dotierte Graphen-Nanobänder haben Forscher der Uni Basel hergestellt. Das modifizierte Material lasse sich beispielsweise als Sensor für umweltschädliche Stickstoffoxide einsetzen, so die Wissenschaftler. Graphen ist ein vielversprechendes Materialien für die Verbesserung elektronischer Geräte. Das zweidimensionale Kohlenstoff-Blatt weist eine hohe Elektronenmobilität auf und hat entsprechend ausgezeichnete Leitfähigkeiten. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Halbleitern fehlt dem Stoff jedoch die Bandlücke, ein Energiebereich in einem Festkörper, in welchem keine Elektronenzustände existieren können. Folglich kommt darin kein Zustand vor, in dem das Gerät elektronisch völlig ausgeschaltet ist. Um effiziente elektronische Schalter aus Graphen herzustellen, muss es aber auch an- und ausgeschaltet werden können.
Abb.: Graphen-Nanoband unter dem Mikroskop. (Bild: U. Basel)
Die Lösung für dieses Problem liegt darin, das Kohlenstoff-Blatt in eine bandartige Form zu trimmen. Dadurch kann es so verändert werden, dass es eine Bandlücke aufweist, deren Wert von der Breite des Nanobands abhängt. Um die Bandlücke anzupassen und Graphen-Nanobänder wie einen bewährten Silikon-Halbleiter funktionieren zu lassen, werden die Bänder dotiert. Während Stickstoff-Dotierung bereits umgesetzt wurde, war die Bor-Dotierung bisher unerforscht und die entstehenden elektronischen und chemischen Eigenschaften entsprechend unklar.
Ernst Meyer und Shigeki Kawai von der Uni Basel und ihren internationalen Partnern in Japan und Finnland gelang es nun, Bor-dotierte Graphen-Nanobänder von unterschiedlicher Breite herzustellen. Dazu benutzten sie eine chemische Oberflächenreaktion mit einem eigens dafür synthetisierten Vorgängermolekül auf einer atomar reinen Goldoberfläche. Die chemischen Strukturen wurden mit modernster Rasterkraftmikroskopie bei niedriger Temperatur bestimmt.
Die einzelnen Bor-Atome konnten eindeutig lokalisiert werden und der Dotierungs-Anteil lag bei 4,8 Prozent. Durch die Dosierung von Stickstoffmonoxid konnten die Forscher weiterhin die als Lewis-Säure bekannte chemische Eigenschaft nachweisen. Das Stickstoffmonoxid wurde von der Bor-Stelle hoch selektiv absorbiert. Das weist darauf hin, dass Bor-dotierte Graphen-Nanobänder als ultra-hochsensible Gassensoren für Stickstoffoxide eingesetzt werden könnten.
UB / RK
