(Phys.org) —Graphene har ansetts vara en het kandidat för en ny generation av kiselfri elektronik sedan upptäckten av denna tvådimensionella form av kol. Dock, grafen är inte en halvledare. I journalen Angewandte Chemie , ett internationellt team av forskare har nu introducerat en kolnitrid, en strukturell analog av grafen gjord av kol och kväve som verkar uppvisa halvledande egenskaper.
Med en plan, hexagonal, bikakestruktur och fritt rörliga elektroner, grafen är, i princip, inget annat än ett enatomslager av grafit. Ur elektronisk synvinkel, det är ett mycket intressant ämne – men det saknas det typiska elektroniska bandgapet som skulle göra det till en halvledare. Detta bandgap är skillnaden i energi mellan valensbandet och elektronernas ledningsband. Att vara effektiv, detta gap får inte vara för stort, så att det tillåter elektroner att lätt flytta från valensbandet till ledningsbandet när de exciteras. Olika metoder har tidigare använts för att förse grafen med ett sådant bandgap. En alternativ idé är att göra en "grafitisk kolnitrid", ett material tillverkat av kol och kväve, som borde ha egenskaper som mycket liknar grafen. Ett team av forskare från University of Liverpool (UK), universitetet i Ulm (Tyskland), Humboldt-universitetet i Berlin (Tyskland), Aalto-universitetet (Finland), University College London (Storbritannien), och Max Planck Institute of Colloids and Interfaces i Potsdam (Tyskland) har nu kunnat göra ett sådant material för första gången.
Transmissionselektronmikroskopi och scanningskraftmikroskopi, såväl som röntgenkristallografiska undersökningar visade att de tunna kristallina filmerna är en triazinbaserad, grafitisk kolnitrid (TGCN). Triaziner är sexledade ringar som innehåller tre kol- och tre kväveatomer. Det nya materialet består av sådana triazinringar, med ytterligare kväveatomer som förbinder ringarna i grupper om tre för att göra ett tvådimensionellt lager. Teamet som leds av Andrew I. Cooper och Michael J. Bojdys anser att dessa lager inte är helt plana, men är istället något vågiga.
TGCN har alltså en struktur som liknar grafit, men - som hoppats - är det en halvledare. De producerade filmerna bestod av mellan tre och flera hundra lager av atomer med ett direkt bandgap mellan 1,6 och 2,0 eV. Under produktionsprocessen, TGCN-skikten avsätts företrädesvis på substrat. Kristalliseringen av TGCN på ytan av isolerande kvarts erbjuder potential för praktiskt taget relevanta tillämpningar. Detta kan vara ett steg på vägen mot elektronikens post-kiselera.
