Forskare i Sydkorea har, för första gången, utvecklat en enkel teknik för att producera en tvådimensionell kvävehaltig kristall som har kapacitet att vara en potentiell rival till grafen och kisel som halvledarmaterial.

Grafen är ett tvådimensionellt (2D) enatomtjockt ark av kolkristaller som har många extraordinära egenskaper när det gäller dess styrka, elektrisk och värmeledningsförmåga, och optisk transparens. Grafen visar lovande för användning i nanoelektronik, vätelagring, batterier och sensorer.

Forskning om grafen de senaste åren har väckt ett stort intresse bland forskare om potentialen i att syntetisera andra 2D-kristaller genom att introducera andra element än kol i grafens kolgitter. Motivationen bakom detta är möjligheten detta kan ge att utveckla material som kan användas som ett aktivt kopplingselement inom elektronik.

Kvävets atomstorlek och struktur gör det till ett utmärkt val för detta ändamål eftersom det kan passa naturligt in i ett starkt nätverk av kolatomer genom att skapa bindningar (sp2) där elektroner delas av hela nätverket.

Medan det finns många svårigheter i syntesen av grafen, teamet av forskare vid Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) och Pohang University of Science and Technology i Sydkorea syntetiserade kvävehaltiga 2D-kristaller med en enkel kemisk reaktion i flytande fas utan att använda en mall. Konventionella metoder för bildning av 2D-kristaller kräver användning av en sådan mall.

Forskarna verifierade strukturen av den kvävehaltiga kristallen genom atomupplösning scanning tunneling mikroskopi avbildning och bekräftade dess halvledande karaktär genom att testa den med en fälteffekt transistor. Den unika geometriska och elektroniska strukturen hos de kvävehaltiga kristallerna gör den potentiellt lämplig för användning inom elektronik, sensorer och katalys.

Dess framgångsrika syntes med en enkel teknik kan öppna ett nytt kapitel i den kostnadseffektiva genereringen av andra 2D-material.

"Vi tror att resultaten som presenteras i detta arbete inte bara ger övertygande framsteg inom materialvetenskap och teknologi, men också spännande potential för ett brett utbud av praktiska tillämpningar från våtkemi till enhetstillämpningar, " säger professor Jong-Beom Baek, professor vid School of Energy and Chemical Engineering vid UNIST. "Således, materialet skulle få omedelbar uppmärksamhet från ett brett spektrum av discipliner, på grund av dess potentiella vetenskapliga och tekniska effekter, " han säger.