3D-Strukturmodell, Bild: Axel Enders

3D-Strukturmodell des neuen Materials h-BCN für neuartige Sensoren, Transistoren und Schaltkreise. Bild: Axel Enders

„Unsere Entwicklung kann der Ausgangspunkt für eine neue Generation elektronischer Transistoren, Schaltkreise und Sensoren sein, die um ein Vielfaches kleiner und biegsamer sind als bisherige elektronische Elemente. Voraussichtlich ermöglichen sie eine deutliche Senkung des Stromverbrauchs“, prognostiziert Professor Enders und verweist auf die heute in der Elektronik dominierende CMOS-Technologie.

Dieser Technologie seien hinsichtlich einer weiteren Miniaturisierung klare Grenzen gesetzt. „Um diese Barriere zu überschreiten, eignet sich h-BCN weitaus besser als Graphen, obwohl es genauso strukturiert ist wie Graphen“, meint der Bayreuther Physiker.

Genauso dünn wie ein einzelnes Atom

Graphen ist ein Gitter aus Kohlenstoffatomen, die nur in der Fläche – also nur in zwei Dimensionen – miteinander vernetzt sind. Das Gitter ist daher genauso dünn wie ein einzelnes Atom. Als diese Struktur nach ihrer Entdeckung genauer erforscht wurde, löste vor allem ihre enorme Stabilität weltweite Begeisterung aus. Graphen ist 100- bis 300-mal stärker als Stahl und zugleich ein hervorragender Leiter für Wärme und Elektrizität. Doch Elektronen fließen bei jeder beliebigen elektrischen Spannung ungehindert hindurch, so dass es keine definierten ‚Ein‘- und ‚Aus‘-Zustände gibt.

Professor Axel Enders, Bild: Pressestelle Universität Bayreuth
Professor Dr. Axel Enders, Universität Bayreuth. Bild: Pressestelle Universität Bayreuth

„Deshalb ist Graphen für elektronische Bauteile ungeeignet. Hierfür werden Halbleiter benötigt, weil nur sie schaltbare ‚Ein‘- und ‚Aus‘-Zustände gewährleisten“, erklärt Enders. Er hatte daher die Idee, einzelne Kohlenstoffatome im Graphen durch Bor und Stickstoff auszutauschen – und zwar so, dass ein zweidimensionales Gitter mit den Eigenschaften eines Halbleiters entsteht.

In einem Team mit Wissenschaftlern an der University of Lincoln-Nebraska hat er dieses Ziel nun verwirklichen können. Forschungspartner an der Universität Krakau sowie an der State University of New York, dem Boston College und der Tufts University in Massachusetts haben ebenfalls zu diesem Forschungserfolg beigetragen. hei