Bild på forskningen.
Bilden visar ett schema av platinaatomer placerade på ytan av ett "kolbuffertlager". Buffertlagret, odlat epitaxiellt på kiselkarbid, är ett grafenliknande 2D-isoleringsmaterial som möjliggör platinas tvådimensionella tillväxtläge. Den kemiska-till-elektriska omvandlingsförmågan med atomtunn platina är möjlig på grund av inneboende interaktioner mellan övergångsmetaller och kemiska analyter, och det faktum att platina framställs i ultratunn form (d.v.s. 2D), så att den elektriska resistansen hos den bulk-lösa metallen domineras starkt av interaktioner med kemiska arter på ytan.  Illustration: Hans He

Atomtunn platina är både strömledande och en utmärkt kemisk sensor

Forskare på Chalmers har, tillsammans med kollegor på flera andra lärosäten, kunnat förbereda ett atomtunt platinalager som kan användas i kemiska sensorer för att upptäcka giftiga ämnen i luften. Resultaten publicerades nyligen i den vetenskapliga tidskriften Advanced Material Interfaces.
Bild på Kyung Ho Kim.– Vi lyckades göra ett metallskikt som är en atom tunt – ett slags nytt material. Vi fann att denna atomtunna metall är superkänslig för sin kemiska miljö: dess elektriska resistans förändras avsevärt när den interagerar med gaser, förklarar Kyung Ho Kim (till höger), postdoktorand vid avdelningen för kvantkomponentfysik på institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap – MC2 på Chalmers, och huvudförfattare till artikeln.

Kärnan i forskningen är utvecklingen av 2D-material bortom grafen.
– Atomiskt tunn platina kan faktiskt vara användbart för ultrakänslig och snabb elektrisk detektion av kemikalier. Vi har studerat fallet med platina i detalj, men andra metaller som palladium ger liknande resultat, säger Samuel Lara Avila (bilden nedan), docent på avdelningen för kvantkomponentfysik på MC2, och en av författarna till artikeln.

Bild på Samuel Lara Avila.Forskarna använde den känsliga kemiska-till-elektriska omvandlingsförmågan hos atomiskt tunn platina för att upptäcka innehåll av giftiga gaser med en känslighet på miljondelarnivån. Demonstrationen syftar till att spåra bensen, en kemisk förening som är cancerogen även vid mycket små mängder. I dagsläget saknas billiga detekteringsenheter för detta ändamål.
– Den här nya materialmetoden, atomiskt tunna metaller, är mycket lovande för framtida tillämpningar för kontroll av luftkvalitet, säger Jens Eriksson, chef för Enheten för tillämpad sensorvetenskap vid Linköpings universitet, och medförfattare till artikeln.

Studien är ett samarbete mellan forskare från Chalmers, Linköpings universitet, Uppsala universitet, Zaragoza universitet i Spanien, och MAX IV-laboratoriet i Lund. Från Chalmers bidrog Kyung Ho Kim, Hans He, doktorand på avdelningen för kvantkomponentfysik, och Sergey Kubatkin, professor på avdelningen för kvantkomponentfysik, till forskningen tillsammans med Samuel Lara Avila.

Forskningen finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning (SSF), Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Vetenskapsrådet och Chalmers excellensinitiativ Nano. Experimenten utfördes delvis i Chalmers renrum, Nanotekniklaboratoriet.

Text: Michael Nystås
Illustration: Hans He
Foto på Samuel Lara Avila: Jan-Olof Yxell
Foto på Kyung Ho Kim: Privat

Kontakt:
Samuel Lara Avila, docent, avdelningen för kvantkomponentfysik, institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap – MC2, Chalmers tekniska högskola, samuel.lara@chalmers.se

Läs artikeln i Advanced Material Interfaces >>>
Chemical Sensing with Atomically Thin Platinum Templated by a 2D Insulator

Publicerad: on 01 jul 2020.