Galliumnitrid (GaN), ein zentrales Material für LEDs und die Elektronik, kann nun in Form von Nanokristallen hergestellt werden. Die Studie wurde am 15. Juli in Nature veröffentlicht.
Ein Nanokristall ist ein Kristall, dessen Abmessungen in Milliardstel Metern gemessen werden. In dieser Größenordnung können seine optischen und elektronischen Eigenschaften von denen des massiven Materials abweichen. Diese Partikel können auch in einer Flüssigkeit dispergiert werden. Sie lassen sich dann leichter als Tinte auftragen oder mit anderen Materialien mischen.
Beispiel für GaN-Transistoren mit hoher Elektronenmobilität (hergestellt vom Ferdinand-Braun-Institut).
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Galliumnitrid, oder GaN, wird bereits in der LED-Beleuchtung und in elektronischen Bauteilen verwendet, die für den Betrieb mit hoher Leistung ausgelegt sind. Seine chemische und thermische Stabilität ist ein Vorteil bei diesen Anwendungen. Doch genau diese Stabilität erschwerte die Herstellung kolloidaler Nanokristalle, also solcher, die kontrolliert in einer Lösung suspendiert sind.
Die Schwierigkeit liegt in den sehr starken Bindungen zwischen dem Metall und dem Stickstoff. Um kleine, regelmäßige Kristalle zu bilden, müssen sich die Atome während der Synthese neu anordnen können. Die üblichen Verfahren erfordern dann hohe Temperaturen, die mit den zur Herstellung vieler Nanokristalle verwendeten Lösungsmitteln nicht kompatibel sind.
Das Team umging dieses Problem mit einem Bad aus geschmolzenen anorganischen Salzen. In diesem Medium ließ es Metallhalogenide mit Ammoniak unter Druck reagieren. Die Forscher identifizierten Temperatur- und Druckbedingungen, unter denen die Metall-Stickstoff-Bindungen aufgebrochen und wieder neu gebildet werden können, um das Wachstum von Nanokristallen zu ermöglichen.
Die Methode betrifft nicht nur GaN. Die Autoren berichten auch über die Synthese von Nanokristallen aus Titannitrid, Vanadium, Niob, Molybdän, Tantal und Wolfram. Einige dieser Materialien werden bereits in widerstandsfähigen Beschichtungen, Katalysatoren, Supraleitern oder medizinischen Implantaten verwendet.
Diese Nanokristalle könnten die Einsatzmöglichkeiten von Nitriden erweitern. Die Forscher nennen insbesondere die gedruckte Elektronik, flexible Geräte und die Integration in Polymere oder Textilien. Diese Anwendungen müssen jedoch noch entwickelt werden.
Die Zukunft hängt von der Fähigkeit ab, diese Partikel in größerem Maßstab herzustellen und in funktionale Bauteile zu integrieren. Dieses Ergebnis liefert den Laboren eine neue Familie von Nanomaterialien, die zuvor in dieser Form nur sehr schwer zu erhalten war.