Atomisen ohuita kaasu- ja kemia-antureita

Molybdeenidisulfidi (MoS2) on osoittautunut yhdeksi lupaavimmista atomien ohuista materiaaleista elektronisiin, optoelektroniikan ja energian sovelluksiin.

University of California Riversiden insinöörit ovat kehittäneet siitä myös antureita. Tutkimuksen vetäjä Alexander Balandin ja hänen opiskelijat rakensivat kaasujen ja kemian höyryjen antureita ja testasivat niitä yhteistyössä Rensselaer Polytechnic Institute tutkijoiden kanssa.

Laitteissa on kaksiulotteiset kanavat, jotka ovat erinomaisia anturisovelluksiin, koska näin saadaan suuri pinta-alan ja tilavuuden suhde sekä laajalti viritettävä elektronien pitoisuus.

Tutkijat osoittivat, että heidän molybdeenidisulfidiset ohutkalvoiset kenttävaikutustransistorit (TF-FET) voivat selektiivisesti havaita etanolin, asetonitriilin, tolueenin, kloroformin ja metanolin höyryjä.

Anturien valikoiva havaitseminen ei edellytä pinnan ennalta funktionalisointia tietyille höyryille.

Uudet anturit toivat esiin paremman selektiivisyyden tietyille kaasuille, koska niiden elektronien energiarako johti vahvaan sähkövirran tukahtumiseen jollekin kaasuille altistettaessa. Grafeenilaitteet osoittivat toisaalta selektiivisyyttä kun käytetään virran vaihteluita tunnistavana parametrina.

"Atomisesti ohuesta MoS2-kerroksista toteutetut anturit täydentävät grafeenisia anturirakenteita, mikä on hyvä uutinen", toteaa Balandin. "Grafeenilla on erittäin korkea elektronin liikkuvuus kun taas MoS2:lla on energiarako."

Ainutlaatuisuus UC Riversiden kaasuantureissa - sekä grafeeni että MoS2 – on, että ne käyttävät matalataajuista virran vaihtelua ylimääräisenä havaintosignaalina. Perinteisesti kemiallisissa antureissa hyödynnetään vain sähkövirran tai vastuksen muutosta.

Tutkijat ovat kehitelleet transistorianturistaan myös korkeissa lämpötiloissa toimivan version. Yleensä yli 200 asteen lämpötiloissa toimivat laitteet on valmistettu kalliisti piikarbidista ja galliumnitridistä.