(Phys.org) —Grafeen wordt sinds de ontdekking van deze tweedimensionale vorm van koolstof beschouwd als een populaire kandidaat voor een nieuwe generatie siliciumvrije elektronica. Echter, grafeen is geen halfgeleider. In het journaal Angewandte Chemie , een internationaal team van onderzoekers heeft nu een koolstofnitride geïntroduceerd, een structureel analoog van grafeen gemaakt van koolstof en stikstof dat halfgeleidende eigenschappen lijkt te vertonen.

Met een vlakke, zeshoekig, honingraatstructuur en vrij bewegende elektronen, grafeen is, in principe, niets meer dan een enkel-atoomlaag van grafiet. Vanuit een elektronisch oogpunt, het is een zeer interessante stof - maar het mist de typische elektronische bandkloof die het een halfgeleider zou maken. Deze band gap is het verschil in energie tussen de valentieband en de geleidingsband van de elektronen. Effectief zijn, deze kloof mag niet te groot zijn, zodat elektronen gemakkelijk van de valentieband naar de geleidingsband kunnen bewegen wanneer ze worden geëxciteerd. Er zijn eerder verschillende methoden gebruikt om grafeen van zo'n bandgap te voorzien. Een alternatief idee is om een ​​"grafietkoolstofnitride" te maken, een materiaal gemaakt van koolstof en stikstof, die eigenschappen zou moeten hebben die erg lijken op grafeen. Een team van onderzoekers van de Universiteit van Liverpool (VK), de Universiteit van Ulm (Duitsland), de Humboldt-universiteit in Berlijn (Duitsland), de Aalto Universiteit (Finland), University College Londen (VK), en het Max Planck Institute of Colloids and Interfaces in Potsdam (Duitsland) heeft nu voor het eerst een dergelijk materiaal kunnen maken.

Transmissie-elektronenmicroscopie en scanningkrachtmicroscopie, evenals röntgenkristallografische onderzoeken hebben aangetoond dat de dunne kristallijne films op triazine zijn gebaseerd, grafietkoolstofnitride (TGCN). Triazinen zijn zesledige ringen die drie koolstof- en drie stikstofatomen bevatten. Het nieuwe materiaal bestaat uit dergelijke triazineringen, met extra stikstofatomen die de ringen in groepen van drie verbinden om een ​​tweedimensionale laag te maken. Het team onder leiding van Andrew I. Cooper en Michael J. Bojdys is van mening dat deze lagen niet volledig vlak zijn, maar zijn in plaats daarvan licht golvend.

TGCN heeft dus een structuur die lijkt op die van grafiet, echter - zoals gehoopt - is het een halfgeleider. De geproduceerde films bestonden uit drie tot enkele honderden atomenlagen met een directe bandafstand tussen 1,6 en 2,0 eV. Tijdens het productieproces, de lagen van TGCN worden bij voorkeur op substraten afgezet. De kristallisatie van TGCN op het oppervlak van isolerend kwarts biedt potentieel voor praktisch relevante toepassingen. Dit kan een stap zijn op weg naar het post-siliciumtijdperk van de elektronica.