Equipes da Humboldt-Universität e do Helmholtz-Zentrum Berlin exploraram um novo material na família do nitreto de carbono. O nitreto de carbono grafítico à base de triazina (TGCN) é um semicondutor que deve ser altamente adequado para aplicações em optoeletrônica. Sua estrutura é bidimensional e lembra o grafeno. Ao contrário do grafeno, Contudo, a condutividade na direção perpendicular a seus planos 2-D é 65 vezes maior do que ao longo dos próprios planos.

Alguns materiais orgânicos podem ser utilizados de forma semelhante aos semicondutores de silício na optoeletrônica. Seja em células solares, diodos emissores de luz, ou em transistores - o que é importante é o gap, isto é, a diferença no nível de energia entre os elétrons na banda de valência (estado ligado) e a banda de condução (estado móvel). Os portadores de carga podem ser elevados da banda de valência para a banda de condução por meio de luz ou uma tensão elétrica. Este é o princípio por trás do funcionamento de todos os componentes eletrônicos. Gaps de banda de um a dois elétron-volts são ideais.

Uma equipe chefiada pelo químico Dr. Michael J. Bojdys da Humboldt University Berlin sintetizou recentemente um novo material semicondutor orgânico da família do nitreto de carbono. Nitreto de carbono grafítico à base de triazina (ou TGCN) consiste em apenas átomos de carbono e nitrogênio, e pode ser cultivado como um filme marrom em um substrato de quartzo. A combinação de átomos C e N formam favos hexagonais semelhantes ao grafeno, que consiste em carbono puro. Assim como com o grafeno, a estrutura cristalina do TGCN é bidimensional. Com grafeno, Contudo, a condutividade plana é excelente, enquanto sua condutividade perpendicular é muito pobre. No TGCN é exatamente o oposto:a condutividade perpendicular é cerca de 65 vezes maior do que a condutividade plana. Com um gap de 1,7 elétron-volts, O TGCN é um bom candidato para aplicações em optoeletrônica.

O físico do HZB, Dr. Christoph Merschjann, subsequentemente investigou as propriedades de transporte de carga em amostras de TGCN usando medições de absorção resolvidas no tempo na faixa de femto a nanossegundos no laboratório de laser JULiq, um laboratório conjunto entre o HZB e a Freie Universität Berlin. Esses tipos de experimentos a laser tornam possível conectar a condutividade elétrica macroscópica com modelos teóricos e simulações de transporte de carga microscópica. A partir dessa abordagem, ele foi capaz de deduzir como os portadores de carga viajam pelo material. "Eles não saem dos favos hexagonais da triazina horizontalmente, mas, em vez disso, mova-se diagonalmente para o próximo hexágono de triazina no plano vizinho. Eles se movem ao longo de canais tubulares através da estrutura do cristal. "Este mecanismo pode explicar por que a condutividade elétrica perpendicular aos planos é consideravelmente maior do que ao longo dos planos. No entanto, isso provavelmente não é suficiente para explicar o fator real medido de 65. "Ainda não entendemos totalmente as propriedades de transporte de carga neste material e queremos investigá-las mais a fundo, "acrescenta Merschjann. Na ULLAS / HZB em Wannsee, o laboratório de análise usado posteriormente ao JULiq, a configuração está sendo preparada para novos experimentos para realizar isso.

"TGCN é, portanto, o melhor candidato até agora para substituir semicondutores inorgânicos comuns como o silício e seus dopantes cruciais, alguns dos quais são elementos raros, "diz Bojdys." O processo de fabricação que desenvolvemos em meu grupo na Humboldt-Universität, produz camadas planas de TGCN semicondutor em um substrato de quartzo isolante. Isso facilita o aumento de escala e a fabricação simples de dispositivos eletrônicos. "