由科隆大学领导的国际研究团队首次成功地将由石墨烯(一种碳的修饰物)制成的原子精确的纳米带连接起来，以形成复杂的结构。科学家已经合成并通过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组件中。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。他们的研究结果已发表在《自然通讯》上的标题为“原子精确石墨烯纳米带异质结中的隧道电流调制”。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密切合作进行了这项工作。它由德国研究基金会(DFG)和欧洲研究理事会(ERC)资助。

石墨烯纳米带的异质结只有一个纳米(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地制造了单原子层的石墨烯，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分别有七个和十四个碳原子宽，约50纳米长。使它们与众不同的是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“原子上精确的”纳米带的原因。研究人员将其中几个纳米带异质结的短端连接起来，从而形成了更复杂的异质结构，从而成为隧道势垒。

使用角度分辨光发射，光谱学和扫描隧道显微镜对异质结构进行了研究。在下一步中，将生成的异质结构集成到电子设备中。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“隧穿”来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，电流也仍会流过。

研究人员建立了一种新型传感器，用于吸附纳米带异质结构中的原子和分子。通过异质结构的隧道电流对聚集在表面上的吸附物特别敏感。即，当诸如气体的原子或分子积聚在传感器的表面上时，电流强度改变。“我们制造的原型传感器具有出色的性能。此外，它特别灵敏，甚至可以用来测量最小量的吸附物，”实验物理研究所研究组负责人AlexanderGrüneis教授说。