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由科隆大学领导的一个国际研究小组首次成功地连接了几个由石墨烯（一种碳的变体）制成的原子级精确纳米带，以形成复杂的结构。科学家们已经合成并用光谱表征了纳米带异质结。然后他们能够将异质结集成到电子元件中。通过这种方式，他们创造了一种对原子和分子高度敏感的新型传感器。他们的研究结果已在《自然通讯》上以“原子精确石墨烯纳米带异质结中的隧道电流调制”为标题发表. 这项工作是在实验物理研究所与科隆大学化学系以及蒙特利尔、新西伯利亚、广岛和伯克利的研究小组的密切合作下进行的。它由德国研究基金会 (DFG) 和欧洲研究委员会 (ERC) 资助。

石墨烯纳米带的异质结只有一纳米——百万分之一毫米——宽。石墨烯仅由单层碳原子组成，被认为是世界上最薄的材料。2010 年，曼彻斯特的研究人员首次成功制造出单原子层的石墨烯，并因此获得了诺贝尔奖。“石墨烯 纳米带用于制造传感器的异质结各有 7 个和 14 个碳原子宽，约 50 纳米长。它们的特别之处在于它们的边缘没有缺陷。实验物理研究所的 Boris Senkovskiy 博士解释说，这就是为什么它们被称为“原子级精确”纳米带的原因。研究人员在短端连接了几个这样的纳米带异质结，从而创建了更复杂的异质结构，作为隧道势垒。

使用角分辨光电子发射、光谱学和扫描隧道显微镜研究异质结构。在下一步中，生成的异质结构被集成到电子设备中。的电流流过纳米带异质结构由量子力学的隧道效应支配。这意味着在某些条件下，电子可以通过“隧道效应”克服原子中现有的能垒，因此即使势垒大于电子的可用能量，电流也会流动。

研究人员构建了一种新型传感器，用于从纳米带异质结构中吸附原子和分子。通过异质结构的隧道电流对表面上积累的吸附物特别敏感。也就是说，当原子或分子（例如气体）聚集在传感器表面时，电流强度会发生变化。“我们构建的原型传感器具有出色的性能。除其他外，它特别敏感，甚至可以用于测量最少量的吸附物，”实验物理研究所研究小组组长亚历山大·格鲁内斯教授说.