SCIENTIFIC HIGHLIGHTS
 
Real-time optical distance sensing of up-conversion nanoparticles with a precision of 2.8 nanometers

OLED

Calculated self-interference of a single nanoparticle
placed on a mirror substrate with a silica layer as the
spacer. (i), (ii) and (iii) show different cuts through the
far-field patterns of oriented dipoles oscillating along
the x,y and z-axis, respecitvely
Sub-diffraction limited localization of fluorescent emitters is a major goal of microscopy imaging. It is of key importance for so-called super-resolution, a technique that was awarded the Nobel Prize in Chemistry in 2014. A cooperation of researchers in Australia, China, the USA and IRIS Adlershof have now demonstrated ultra-precise localization and tracking of fluorescent nanoparticles dispersed on a mirror. The many randomly oriented molecular dipoles in such up-conversion nanoparticles (UCNPs) interfere with their own mirror images and create unique, bright and position-sensitive patterns in the spatial domain.

The pattern can be detected in the far-field by a sensitive camera and was compared to a detailed and quantitative numerical simulation. In this way it was possible to localize individual particles with an accuracy of only 2.8 nm, a value which is smaller than 1/350 of the excitation wavelength.

OLED

Simulated (topmost two rows) and experimental (bottommost two rows) far-field self-interference emission patterns. The particle- to-mirror distance in- creases from the left to the right column from 72nm to 327nm. All scale bars are 500 nm.

The localization can be performed rapidly, and a single particle can be followed with a 50Hz frame rate. This is much faster than other self-interference-based methods based on mapping of the fluorescence spectrum. A special benefit of UCNPs is their high photo-stability and sensitivity, e.g. to temperature and PH. Therefore, the novel technique may be used for high-resolution multimodality single-particle tracking and sensing.

Axial Localization and Tracking of Self-interference Nanoparticles by Lateral Point Spread Functions
Y. Liu, Z. Zhou, F. Wang, G. Kewes, S. Wen, S. Burger, M. Ebrahimi Wakiani, P. Xi, J. Yang, X. Yang, O. Benson, and D. Jin
Nat. Commun. 12 (2021) 2019, DOI: 10.1038/s41467-021-22283-0

 

 
Per Tintenstrahl gedruckte Elektroden in OLEDs

Forscher des HySPRINT-Verbundlabors GenFab (Generative Manufacturing Processes for Hybrid Components) der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) und des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) haben eine vom Berliner Unternehmen OrelTech hergestellte leitfähige Tinte erfolgreich in lösungsprozessierten organischen LEDs integriert.

OLED

Die OLEDs basierend auf der OrelTech Tinte leuchten
auch bei Verbiegen.

Nach dem Drucken der partikelfreien Silbertinte wird ein Argonplasma verwendet, um die Silberionen in der Tinte zu metallischem Silber zu reduzieren. „Da dieser Prozess bei niedriger Temperatur stattfindet, eignet er sich für temperaturempfindliche Substrate wie flexible Kunststofffolien“, erklärt Dr. Konstantin Livanov, Mitbegründer und Technischer Leiter von OrelTech. Die Forscher stellten organische Leuchtdioden unter Verwendung der Silbertinte als transparente leitende Elektrode auf dem flexiblen Substrat PET her. Die resultierenden Bauteile zeigen vergleichbare Lichtleistungseigenschaften wie diejenigen, die auf dem ansonsten weit verbreiteten Indiumzinnoxid (ITO) basieren. Entscheidend ist jedoch, dass die Silberelektroden beim mechanischen Biegen eine überlegene Stabilität gegenüber ITO zeigten. Dr. Felix Hermerschmidt, leitender Forscher im gemeinsamen Labor von HU und HZB, bestätigt: "Die auf der OrelTech-Tinte basierenden OLEDs bleiben noch bei solch einem Biegeradius intakt, bei dem die auf ITO basierenden OLEDs brüchig werden und versagen." Dies eröffnet verschiedene Anwendungsmöglichkeiten für die gedruckten Bauelemente. Die Arbeit wurde in der Fachzeitschrift "Flexible and Printed Electronics" veröffentlicht und ist Open Access verfügbar. GenFab, unter der Leitung des IRIS Adlershof Mitglieds Prof. List-Kratochvil, zieht für weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in Labore und Büros im neuen IRIS-Forschungsgebäude ein.

ITO-free OLEDs utilizing inkjet-printed and low temperature plasma-sintered Ag electrodes,
M. Hengge, K. Livanov, N. Zamoshchik, F. Hermerschmidt, and E..J. W. List-Kratochvil
Flex. Print. Electron. 6 (2021) 015009, DOI: 10.1088/2058-8585/abe604

Optical coherence tomography (OCT) on highly scattering and porous materials

Tapping into quantum mechanics

Aron Vanselow, a young reseracher at IRIS Adlershof, shows an attractive approach that makes it easier to perform optical coherence tomography (OCT) on highly scattering and porous materials. It specifically demonstrates that entangled photons can be used to improve the penetration depth of (OCT) in highly scattering materials. The method represents a way to perform OCT with mid-infrared wavelengths and could be useful for non-destructive testing and analysis of materials such as ceramics and paint samples.
OCT is a nondestructive imaging method that provides detailed 3D images of subsurface structures. OCT is typically performed using visible or near-infrared wavelengths because light sources and detectors for these wavelengths are readily available. However, these wavelengths don’t penetrate very deeply into highly scattering or very porous materials.
Aron Vanselow and colleagues from Humboldt-Universität zu Berlin in Germany, together with collaborators at the Research Center for Non-Destructive Testing GmbH in Austria, now demonstrate a proof-of-concept experiment for mid-infrared OCT based on ultra-broadband entangled photon pairs. They show that this approach can produce high quality 2D and 3D images of highly scattering samples using a relatively compact, straightforward optical setup.

Researchers used entangled photons to increase the penetration depth of OCT for scattering materials. They demonstrated the technique by analyzing two alumina ceramic stacks containing laser-milled microchannels. The mid-infrared illumination allowed the researchers to capture depth information and to create a full 3D reconstruction of the channel structures (pictured).

“Our method eliminates the need for broadband mid-infrared sources or detectors, which have made it challenging to develop practical OCT systems that work at these wavelengths,” said Vanselow. “It represents one of the first real-world applications in which entangled photons are competitive with conventional technology.”
The technique could be useful for many applications including analyzing the complex paint layers used on airplanes and cars or monitoring the coatings used on pharmaceuticals. It can also provide detailed 3D images that would be useful for art conservation.
For this technique, the researchers developed and patented a nonlinear crystal that creates broadband photon pairs with very different wavelengths. One of the photons has a wavelength that can be easily detected with standard equipment while the other photon is in the mid-infrared range, making it difficult to detect. When the hard-to-detect photons illuminate a sample, they change the signal in a way that can be measured using only the easy-to-detect photons.
“Our technique makes it easy to acquire useful measurements at what is a traditionally hard-to-handle wavelength range due to technology challenges,” said Sven Ramelow, who conceived and guided the research. “Moreover, the lasers and optics we used are not complex and are also more compact, robust and cost-effective than those used in current mid-infrared OCT systems.”

Imaging with less light

To demonstrate the technique, the researchers first confirmed that the performance of their optical setup matched theoretical predictions. They found that they could use six orders of magnitude less light to achieve the same signal-to-noise ratio as the few conventional mid-infrared OCT systems that have been recently developed. “We were positively surprised that we did not see any noise in the measurements beyond the intrinsic quantum noise of the light itself,” said Ramelow. “This also explained why we can achieve a good signal-to-noise ratio with so little light.”
The researchers tested their setup on a range of real-world samples, including highly scattering paint samples. They also analyzed two 900-micron thick alumina ceramic stacks containing laser-milled microchannels. The mid-infrared illumination allowed the researchers to capture depth information and to create a full 3D reconstruction of the channel structures. The pores in alumina ceramics make this material useful for drug testing and DNA detection but also highly scattering at the wavelengths traditionally used for OCT.
The researchers have already begun to engage with partners from industry and other research institutes to develop a compact OCT sensor head and full system for a pilot commercial application.

Frequency-domain optical coherence tomography with undetected mid-infrared photons
A. Vanselow, P. Kaufmann, I. Zorin, B. Heise, H. M. Chrzanowski, S. Ramelow
Optica 7 (2020) 1729, DOI:10.1364/OPTICA.400128

 

Xolography as new volumetric 3D printing method

It looks like science fiction but in fact could be the future of 3D printing: A blue slice of light wanders through a liquid, while light projections emerge through the window of a glass vessel. Resembling the replicator of the Star Trek spaceships, the desired object materializes. What used to take hours soon floats in the liquid in the vessel, is then removed, and cured under UV light.
The underlying process – xolography – was developed by a team led by chemist Stefan Hecht from IRIS Adlershof, physicist Martin Regehly, and the founder Dirk Radzinski in the startup company xolo GmbH in Berlin Adlershof over the past two years. For the first time, they now describe their unique method in the renowned journal Nature.

Their invention is based on Hecht’s specialty: photoswitchable molecules, which only at the intersection (xolography) of light rays of two different colors allow precise curing of the starting material in the entire volume (holos). In combination with a new printing process (xolography) based on a laser-generated light sheet and projected cross-sectional images, the desired objects are generated from virtual 3D models.
In contrast to conventional 3D printing, in which the objects are created layer by layer, the advantages of xolography are the significantly higher build speed that is due to the higher efficiency of combining two linear one-photon processes as opposed to non-linear two-photon stereolithography. The faster build speed does not compromise for resolution and thus smooth surfaces can be created. Moreover, fully assembled multicomponent systems can be fabricated in just one step.
Hecht is amazed “to see how fast this has been moving from an idea to xolo’s first prototype printer, the XUBE. Working in a highly interdisciplinary team including chemists, physicists, materials scientists, and software developers with a clear focus and dedication, we have been able to develop xolography as a powerful new method.” He is excited about the many opportunities ahead: “The beauty is our method’s versatility as we can print hard as well as soft objects. This should have major implications for the future manufacturing of optical, (micro)fluidic, and biomedical devices.”“

Xolography for linear volumetric 3D printing
M. Regehly, Y. Garmshausen, M. Reuter, N.F. König, E. Israel, D.P. Kelly, C.-Y. Chou, K. Koch, B. Asfari, and S. Hecht
Nature 588 (2020) 620, DOI: 10.1038/s41586-020-3029-7
 

Molecular telegraphy: Sending and receiving individual molecules precisely

The concept of throwing and catching a ball is familiar to everyone and works well in the macroscopic world. But could this be done in the nanoworld using individual molecules instead? And if one could transfer molecules precisely back and forth between two distant places, how fast would they be? An international team involving Stefan Hecht, who is a member of IRIS Adlershof, found some spectacular answers to these questions and the results of their study have been published as the cover story a recent issue of Science magazine.

"Through the targeted movement of individual molecules, we can gain insight into fundamental physical and chemical processes that are important for molecular dynamics - for example during chemical reactions or in catalysis," explains Leonhard Grill from the University of Graz, who led the team. For the study, the scientists brought organic molecules about two nanometers long on a silver surface with the fine metal tip of a scanning tunneling microscope in a special orientation, in which they are still extremely mobile, even at -266 °C. “We were able to show that, despite the very flat surface, the molecules move along a single row of atoms, i.e. only in one direction,” the researcher describes.

If an electric field is switched on, individual molecules can be moved perfectly along a straight line by electrostatic forces, as if the molecule would be on rails. As a result, the molecules can – depending on the direction of the field – be sent and received in a targeted manner by the forces of repulsion and attraction, respectively. The uncovered phenomenon operates over relatively long distances of 150 nanometers and at the same time with extremely high precision of 0.01 nanometers. The researchers were able to measure the time it took an individual molecule to be transferred and thus could determine the speed of an individual molecule directly. At these low temperatures, the molecule moved at 0.1 mm per second over the silver surface. These studies provide completely new possibilities for the investigation of molecular energies during movement and more importantly during chemical reactions.

At Oak Ridge National Laboratory, the researchers were able to carry out a unique transmitter-receiver experiment. Specifically, two separate scanning tunnel microscope tips were first appropriately positioned. Upon switching the “transmitter tip” from attractive to repulsive mode, the molecule moved precisely to the location of the “receiver tip”. This allowed to characterize the molecular motion and deduce the speed. But moreover this experiments illustrates the great potential for information transfer since all information stored in the molecule can be transfered with exquisite spatial precision. "


Control of long-distance motion of single molecules on a surface‐Emitting Diodes
D. Civita, M. Kolmer, G. J. Simpson, A.-P. Li, S. Hecht, and L. Grill
Science 370 (2020) 957, DOI: 10.1126/science.abd0696
 
 

Implementation of Flexible Embedded Nanowire Electrodes in Organic Light‐Emitting Diodes

Researchers in the HySPRINT joint lab Generative manufacturing processes for hybrid components (GenFab) of Humboldt-Universität zu Berlin (HU) and Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) have developed together with the Austrian Institute of Technology (AIT) a method to produce flexible transparent electrodes based on silver nanowires. Specifically, the nanowires are spray coated and embedded within a polymer resin on top of polyethylene terephthalate (PET) substrate.Not only are the electrodes fabricated using solution-based approaches, but compared with the widely used indium tin oxide (ITO), the electrodes show higher stability in mechanical bending tests. "Since the spray coating approach in this work can be upscaled to larger areas", says Dr. Felix Hermerschmidt, senior researcher in the joint lab of HU and HZB, "this mechanical stability can be translated to an industrial process."

The researchers fabricated organic light-emitting diodes employing the developed ITO‐free nanowire electrodes. These show considerably higher luminance values at the same efficacy compared to their ITO‐based counterparts. As Dr. Theodoros Dimopoulos, senior scientist at AIT, points out, "Replacing ITO in optoelectronic devices is a key area of research and this work shows the possibilities of doing so without loss in performance."

The work has been published in physica status solidi rapid research letters and is featured on the cover of the November 2020 issue of the journal.

GenFab, led by IRIS Adlershof member Prof. List-Kratochvil, is moving in laboratory rooms in the new IRIS-research building for further development.

Implementation of Flexible Embedded Nanowire Electrodes in Organic Light‐Emitting Diodes
Lukas Kinner, Felix Hermerschmidt, Theodoros Dimopoulos, and Emil J. W. List-Kratochvil
Phys. Status Solidi RRL14 (2020) 2000305,   DOI:10.1002/pssr.202000305
 
 

Die Zukunft der Biomedizin?

Forscher der Humboldt-Universität und des Experimental and Clinical Research Centers (ECRC) haben das erste Infrarot basierte Mikroskop mit Quantenlicht gebaut. Durch ein gezieltes Verschränken der Photonen gelang ihnen eine Abbildung von Gewebeproben mit vorher unsichtbaren Bio-Merkmalen.

Die Forschungsgruppe der Humboldt-Universität zu Berlin und des Experimental and Clinical Research Centers (ECRC), einer gemeinsamen Einrichtung von Charité – Universitätsmedizin zu Berlin und dem Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft, ist mit ihrem neuen Experiment auf der Titelseite der Fachzeitschrift Science Advances zu sehen. Ihnen gelang es erstmalig verschränkte Lichtteilchen (Photonen) für Mikroskopaufnahmen zu verwenden. Diese sehr überraschende Methode zur Quanten-Bildgebung mit undetektierten Photonen, wurde erst 2014 in der Arbeitsgruppe um den berühmten Quantenphysiker Anton Zeilinger in Wien entdeckt. Die ersten Aufnahmen zeigen Gewebeproben eines Mäuseherzens.

Die Gewebeprobe wird mit „unsichtbarem“ Licht im mittleren Infrarot (MIR) untersucht, ohne dieses Licht jemals zu sehen. Die Forscher verwenden hierfür einen normalen Laser und eine kommerzielle CMOS-Kamera. Dadurch ist dieser Ansatz für MIR-Mikroskopie nicht nur robust, schnell und rauscharm, sondern auch kostengünstig - was sie für Anwendungen in der realen Welt sehr vielversprechend macht. Dieser Einsatz von Quantenlicht könnte so zukünftig das Gebiet der biomedizinischen Mikroskopie unterstützen.

Quantenmikroskopie eines Mausherzens. Verschränkte Photonen ermöglichen die Erstellung eines hochauflösenden MIR-Bildes unter Verwendung einer CMOS-Kamera und extrem niedrigen Beleuchtungs­intensitäten. Im Bild: Absorption (links) und Phaseninformation (rechts) aus einem Bereich in einem Mausherz. Der gelbe Balken entspricht 0,1 mm, was etwa der Breite eines menschlichen Haares entspricht.


Die derzeitige Kameratechnik wird weitestgehend von silizium-basierten Technologien dominiert. Es gibt Milliarden von CCD- (charge coupled device) und CMOS- (complementary metal oxide semiconductor) Sensoren in Digitalkameras, Mobiltelefonen oder (autonomen) Fahrzeugen. Diese wandeln Licht (Photonen) in elektrische Signale (Elektronen) um. Aber wie auch unsere menschlichen Augen können diese Geräte den wichtigen mittleren IR-Bereich nicht sehen. Dieser Bereich ist für diese Geräte gewissermaßen unsichtbar, jedoch bspw. für die biomedizinischen Wissenschaften sehr interessant, da er wertvolle biochemische Informationen enthält, die es ermöglichen, verschiedene Biomoleküle voneinander zu unterscheiden. Die wenigen Kameratechnologien, die es in diesen wichtigen Wellenlängenbereich gibt, sind jedoch sehr teuer, raschbehaftet und unterliegen strengen Exportbeschränkungen. Deshalb bleibt das riesige Potenzial des MIR-Lichts für die Biowissenschaften bisher weitgehend ungenutzt. Doch die Forscher haben eine neue Lösung vorgeschlagen: „Der Einsatz einer wirklich kontraintuitiven bildgebenden Technik mit quantenverschränkten Photonen erlaubt es uns, den Einfluss einer Probe auf einen Lichtstrahl im mittleren Infrarot zu messen, ohne dass dieses Licht jemals detektiert werden muss“, erklärt Inna Kviatkovsky, die Hauptautorin der Studie.

Es handelt sich dabei nicht um eine Umwandlung oder ein so genanntes 'Ghost-Imaging', sondern die Technik beruht auf einem subtilen Interferenzeffekt: Zunächst wird ein Photonenpaar erzeugt, indem ein Pumplaser in einen nichtlinearen Kristall fokussiert wird. Dieser Prozess kann so eingestellt werden, dass eines der Photonen im sichtbaren Bereich und das andere im MIR-Bereich (unsichtbar) liegt. Das MIR-Photon beleuchtet nun die Probe und wird zusammen mit dem sichtbaren Photon und dem Laser zum Kristall zurückgeschickt. Hier findet die entscheidende Quanteninterferenz statt - und zwar zwischen den beiden Möglichkeiten, dass das Photonenpaar bei diesem ersten Durchgang erzeugt wird, und der Möglichkeit, nicht beim ersten Durchgang, sondern beim zweiten Durchgang durch den Kristall erzeugt zu werden. Jegliche Störung, z.B. eine durch die Probe verursachte Absorption, wirkt sich nun auf diese Interferenz aus, und interessanterweise kann diese durch alleinige Betrachtung der sichtbaren Photonen gemessen werden. Mit der richtigen Optik und Ausnutzung der räumlichen Verschränkung der Photonen kann man ein auf diesem Prinzip basierendes MIR-Mikroskop bauen, was das Team in seiner Arbeit zum ersten Mal gezeigt hat.

„Nach einigen anfänglichen Herausforderungen waren wir wirklich überrascht, wie gut dies an einer realen Gewebeprobe funktioniert“, bemerkt Kviatkovsky. „Außerdem bestrahlen wir die Proben nur mit extrem niedrigen Leistungen im MIR - so niedrig, dass keine Kameratechnik der Welt diese Bilder direkt erfassen könnte.“ Obwohl dies natürlich nur die erste Demonstration dieser Mikroskopietechnik ist, entwickelt die Gruppe um Dr. Sven Ramelow bereits eine verbesserte Version der Technik. Die Forscher stellen sich ein mit Quantenlicht betriebenes Mikroskop im mittleren IR-Bereich vor, das die schnelle Messung der detaillierten, lokalisierten Absorptionsspektren für die gesamte Probe ermöglicht. „Im Erfolgsfall könnte dies ein breites Anwendungsspektrum für markierungsfreies Bio-Imaging haben, und wir planen, dies mit unseren Kooperationspartnern vom ECRC intensiv zu untersuchen“, erklärt Dr. Sven Ramelow, Gruppenleiter an der Humboldt-Universität und Initiator des Projekts.

Die Forschung wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Emmy-Noether-Programms gefördert.

Microscopy with undetected photons in the mid-infrared
Inna Kviatkovsky, Helen M. Chrzanowski, Ellen G. Avery, Hendrik Bartolomaeus, and Sven Ramelow
Science Advances 6, 42 (2020) eabd0264, DOI: 10.1126/sciadv.abd0264

Graphen als Detektiv zum Entschlüsseln molekularer Selbstorganisation

Forscher der Humboldt-Universität zu Berlin, des DWI – Leibniz-Instituts für interaktive Materialien und der RWTH Aachen haben in Zusammenarbeit mit der Universität Straßburg und dem CNRS in Frankreich gezeigt, dass elektronische Bauteile auf Basis von Graphen zur Beobachtung der Dynamik von molekularen Selbst­organisations­prozessen genutzt werden können. Ihre Ergebnisse wurden nun in Nature Communications veröffentlicht.

Die molekulare Selbst­organisation auf Oberflächen stellt eine leistungsstarke Strategie dar, um Substrate mit programmierbaren Eigenschaften zu versehen. Das Verständnis der Dynamik der zugrundeliegenden Selbstorganisationsprozesse ist entscheidend für die Beherrschung der Oberflächenfunktionalisierung. Jedoch wird die experimentelle Beobachtung der Selbst­organisation auf einem bestimmten Substrat durch die Herausforderung erschwert, Grenzflächen- und Volumenphänomene voneinander zu trennen.
Hochmoderne Raster­sonden­mikroskopie­techniken wie die Rastertunnelmikroskopie (STM) wurden verwendet, um die Dynamik der Selbstorganisation an der Fest/Flüssig-Grenzfläche zu überwachen, bisher jedoch nur in kleinen Populationen von (weniger als 1.000) Molekülen und mit einer geringen zeitlichen Auflösung (von 1 bis 10 Sekunden).
In der vorliegenden Studie hat das europäische Forscherteam unter der Leitung von Marco Gobbi und Paolo Samorì gezeigt, dass ein Transistor mit Graphen - einem zweidimensionalen (2D) Material, das sehr empfindlich auf Änderungen seiner Umgebung reagiert - als hochempfindlicher Detektor verwendet werden kann, um die Dynamik der molekularen Selbst­organisation an der Grenzfläche zwischen Graphen und Lösung zu verfolgen.
Untersucht wurde ein photoschaltbares Spiropyran­molekül, das mit einer Ankergruppe ausgestattet ist und durch Licht reversibel zwischen zwei verschiedenen Formen (Isomer) umwandelt (schalten) kann. Wenn Graphen mit einem kleinen Tröpfchen einer Lösung dieser Verbindung benetzt wird, bildet das Spiropyranisomer keine geordnete Schicht auf der Oberfläche. Im Gegensatz dazu wechseln die in Lösung befindlichen Moleküle bei Bestrahlung mit ultraviolettem (UV) Licht zum planaren Merocyanin-Isomer, das eine hochgeordnete Schicht auf der Graphenoberfläche bildet. Wenn das UV-Licht ausgeschaltet wird, kehren die Moleküle zu ihrer ursprünglichen nichtplanaren Spiropyranform zurück und die geordnete Schicht desorbiert. Wichtig ist, dass die Merocyanin-Monoschicht eine deutliche Änderung der elektrischen Leitfähigkeit des Graphens induziert. Daher ist es möglich, die Dynamik der Bildung und Desorption quasi „live“ zu beobachten, indem einfach der elektrische Strom gemessen wird, der über die Zeit durch Graphen fließt.
Diese einfache und robuste Plattform auf Basis eines Graphenbauteils ermöglicht die Beobachtung von komplexen dynamischen Selbst­organisationsprozessen an der Fest-Flüssig-Grenzfläche in Echtzeit. Die hochempfindliche, ultraschnelle, praktische, zuverlässige und nicht invasive elektrische Detektion bietet Einblick in die Dynamik mehrerer Milliarden Moleküle, die große Flächen (0,1 × 0,1 mm²) mit einer hohen zeitlichen Auflösung (100 ms) abdecken. Darüber hinaus ermöglicht die ultrahohe Oberflächenempfindlichkeit von Graphen, die Dynamik verschiedener Prozesse zu entwirren, die gleichzeitig an der Grenzfläche zwischen Feststoff und Flüssigkeit und in der darüber befindlichen Lösung ablaufen. Diese Strategie bietet ein großes Potenzial für Anwendungen in der (bio)chemischen Sensorik und Diagnostik.
 

 

Abbildung: Ein Tröpfchen einer Lösung, die ein photochromes Molekül enthält, wird auf eine Graphenoberfläche gegeben. UV-Licht wird verwendet, um die Photoisomerisierung zu induzieren, wodurch die Bildung einer geordneten molekularen Anordnung auf Graphen ausgelöst wird, die sich nach dem Ausschalten des UV-Lichts wieder ab- und auflöst. Die zeitliche Entwicklung des durch das elektronische Bauteil fließenden Stroms ermöglicht die Beobachtung der Dynamik der Bildung und Auflösung der selbstorganisierten Schicht in Echtzeit.

Graphene transistors for real-time monitoring molecular self-assembly dynamics
M. Gobbi, A. Galanti, M.-A. Stoeckel, B. Zyska, S. Bonacchi, S. Hecht, and P. Samorì
Nature Communications, 2020, 11, xxxx. DOI: 10.1038/s41467-020-18604-4

 



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