Ultrasensitive quantum capacitance detector at the edge of graphene

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作者
Yujia Huang,Lei Bao,Yi Li,Xuefei Zhang,Zijian Zhang,Ruopeng Cui,Hongwei Zhu,Chunlei Wan,Wangyang Fu
出处
期刊:Materials Today [Elsevier]
卷期号:73: 38-46 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.mattod.2023.12.011
摘要

Graphene, with its outstanding electrical properties, has appealed to the attention of researchers all over the world for biosensing applications. So far, much of the research has been conducted on the field-effect modulations of carriers in the basal plane of graphene after adsorbing charged biomolecules. However, another essential aspect--the graphene edge--has been largely ignored due to the difficulties in both manufacture and characterization. Here, we propose a facile intercalation and pressure sintering approach that enables the fabrication and exposure of only graphene edges. The quantum capacitance of the exposed edges is proportional to the local density of state (DOS) and can be harvested for biochemical sensing. Notably, due to fringe electric field enhancement and biomolecular convergence at the one-dimensional graphene edges, we are able to detect four representative amino acids at 0.01 fg/mL concentrations within several minutes. These achievements in innovative quantum capacitance measurements of graphene edges, combined with simple and robust device fabrication by eliminating complex micro-nano processing, offer a new avenue for the next generation of biochemical sensors with ever-demanding sensitivities.
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