Equipos de Humboldt-Universität y Helmholtz-Zentrum Berlin han explorado un nuevo material en la familia del nitruro de carbono. El nitruro de carbono grafítico a base de triazina (TGCN) es un semiconductor que debería ser muy adecuado para aplicaciones en optoelectrónica. Su estructura es bidimensional y recuerda al grafeno. A diferencia del grafeno, sin embargo, la conductividad en la dirección perpendicular a sus planos bidimensionales es 65 veces mayor que a lo largo de los mismos planos.

Algunos materiales orgánicos podrían utilizarse de manera similar a los semiconductores de silicio en optoelectrónica. Ya sea en células solares, la luz emite diodos, o en transistores:lo importante es la banda prohibida, es decir, la diferencia en el nivel de energía entre los electrones en la banda de valencia (estado ligado) y la banda de conducción (estado móvil). Los portadores de carga pueden elevarse desde la banda de valencia a la banda de conducción mediante luz o un voltaje eléctrico. Este es el principio detrás del funcionamiento de todos los componentes electrónicos. Los espacios de banda de uno a dos electronvoltios son ideales.

Un equipo dirigido por el químico Dr. Michael J. Bojdys de la Universidad Humboldt de Berlín sintetizó recientemente un nuevo material semiconductor orgánico de la familia del nitruro de carbono. El nitruro de carbono grafítico a base de triazina (o TGCN) consta solo de átomos de carbono y nitrógeno, y se puede cultivar como una película marrón sobre un sustrato de cuarzo. La combinación de átomos de C y N forman panales hexagonales similares al grafeno, que consta de carbono puro. Al igual que con el grafeno, la estructura cristalina de TGCN es bidimensional. Con grafeno sin embargo, la conductividad plana es excelente, mientras que su conductividad perpendicular es muy pobre. En TGCN es exactamente lo contrario:la conductividad perpendicular es aproximadamente 65 veces mayor que la conductividad plana. Con una banda prohibida de 1,7 electronvoltios, TGCN es un buen candidato para aplicaciones en optoelectrónica.

El físico de HZB, Dr. Christoph Merschjann, investigó posteriormente las propiedades de transporte de carga en muestras de TGCN utilizando mediciones de absorción resueltas en el tiempo en el rango de femto a nanosegundos en el laboratorio de láser JULiq. un laboratorio conjunto entre HZB y Freie Universität Berlin. Este tipo de experimentos con láser permiten conectar la conductividad eléctrica macroscópica con modelos teóricos y simulaciones de transporte de carga microscópica. A partir de este enfoque, pudo deducir cómo los portadores de carga viajan a través del material. "No salen de los panales hexagonales de triazina horizontalmente, sino que se mueven en diagonal al siguiente hexágono de triazina en el plano vecino. Se mueven a lo largo de canales tubulares a través de la estructura cristalina ". Este mecanismo podría explicar por qué la conductividad eléctrica perpendicular a los planos es considerablemente más alta que a lo largo de los planos. Sin embargo, esto probablemente no sea suficiente para explicar el factor medido real de 65. "Aún no comprendemos completamente las propiedades de transporte de carga en este material y queremos investigarlas más a fondo, ", añade Merschjann. En ULLAS / HZB en Wannsee, el laboratorio de análisis utilizado después de JULiq, la configuración se está preparando para nuevos experimentos a fin de lograr esto.

"Por lo tanto, TGCN es el mejor candidato hasta ahora para reemplazar semiconductores inorgánicos comunes como el silicio y sus dopantes cruciales, algunos de los cuales son elementos raros, "dice Bojdys." El proceso de fabricación que desarrollamos en mi grupo en Humboldt-Universität, produce capas planas de TGCN semiconductor sobre un sustrato de cuarzo aislante. Esto facilita el escalado y la fabricación simple de dispositivos electrónicos ".