2D-Materialien sind kristalline Materialien, die aus nur einer Lage von Atomen oder Molekülen bestehen. Aufgrund ungewöhnlicher Eigenschaften sind sie Gegenstand umfangreicher (Grundlagen-)Forschungen.
Allgemein können 2D-Materialien entweder als zweidimensionale Allotrope unterschiedlicher Elemente oder als Verbindung verschiedener Elemente mit kovalenter Bindung angesehen werden. Elementare 2D-Materialien bekommen im Allgemeinen die Endung -en (englisch-ene), während Verbindungsmaterialien die Endung -an oder -id (englisch-ane oder ide) haben.
2D-Materialien sind seit über hundert Jahren bekannt, z. B. in Form des Graphens als 2-dimensionaler Kohlenstoff. 2004 gelang es Andre Geim und Konstantin Novoselov an der Universität Manchester die ersten zweidimensionalen Kristalle aus Kohlenstoffatomen herzustellen (Graphen), eine Entdeckung, für die sie im Jahr 2010 den Nobelpreis für Physik „für grundlegende Experimente mit dem zweidimensionalen Material Graphen“ erhielten.[1]
Weltweit wurden infolgedessen umfangreiche Forschungen zu weiteren 2D-Materielien angestoßen. Da 2D-Materialien aus einer einzelnen Lage, aber auch aus zwei oder mehr Lagen bestehen können, stellt sich die Frage, ab wie viel Lagen man nicht mehr von z. B. Graphen, sondern Graphit sprechen muss.[2] Deshalb sind international die Begriffe und Definitionen der 2D-Materialien in dem Standard ISO/TS 80004-13:2017 festgelegt.[3]
Oftmals werden diese zwei-dimensionalen Materialien, insbesondere elementare Allotrope, mittels einer Oberflächenlegierung mit dem unterstützenden Substrat verbunden.[7][11] Dies konnte inzwischen auch durch eine Kombination verschiedener Messungen für Silicen auf Ag(111) gezeigt werden,[7] einem System, bei welchem mittels einer einzelnen Messmethode eine Legierung nur schwer nachweisbar ist, was lange Zeit nicht vermutet wurde. Daher ist davon auszugehen, dass solche Oberflächenlegierungen auch unter anderen 2D-Materialien zu finden sind und deren theoretische Eigenschaften erheblich beeinflussen. Die Legierung wirkt während des Wachstums des 2D-Materials als Fundament und Gerüst, welche der Schicht vorauseilt.[7]
↑ISO/TS 80004-13:2017. Nanotechnologies -- Vocabulary -- Part 13: Graphene and related two-dimensional (2D) materials. International Organization for Standardization, September 2017, abgerufen am 15. März 2018 (englisch).
↑ abcdKüchle, Johannes T. et al.: Silicene's pervasive surface alloy on Ag(111): a scaffold for two-dimensional growth. In: 2D Materials. 2022, doi:10.1088/2053-1583/ac8a01.
↑J. C. Garcia, D. B. de Lima, L. V. C. Assali, J. F. Justo: Group IV Graphene- and Graphane-Like Nanosheets. In: J. Phys. Chem. C. 115. Jahrgang, 2011, S.13242–13246, doi:10.1021/jp203657w.
↑Yuhara, J. et al.: Large area planar stanene epitaxially grown on Ag(1 1 1). In: 2D Materials. 5. Jahrgang, 2018, S.025002, doi:10.1088/2053-1583/aa9ea0.