En todimensionel krystal er en flad krystal , der kun har translationssymmetri i to retninger. Tykkelsen af krystallen er meget mindre end dens karakteristiske dimensioner i planet. På grund af den lille tykkelse og følgelig høje mekaniske spændinger ødelægges todimensionelle krystaller meget let, derfor er de normalt placeret på overfladen af bulkmaterialer eller flyder i opløsninger, mens i sidstnævnte tilfælde er størrelsen af krystallerne omkring 1 mikron. Todimensionelle krystaller har en båndstruktur , så de taler om deres metalliske, halvleder- og dielektriske egenskaber. Forskere begrænser antallet af todimensionelle krystaller til 500 [1] .
Tilbage i 1930'erne viste Landau og Peierls , at en krystal i to dimensioner helt sikkert ville blive ødelagt af termiske fluktuationer i atomernes positioner i gitteret. Denne udtalelse var i overensstemmelse med eksperimentelle data i årtier.
Ikke desto mindre, på trods af deres egen todimensionalitet, er todimensionelle krystaller stadig i det tredimensionelle rum, og interaktionen af tværgående deformationer med deformationer i planet fører til termodynamisk stabilitet. [2] Hvis filmen er let deformeret, for eksempel indeholder krusninger, ujævnheder på nanometerstørrelse, så kan en sådan struktur eksistere uden kontakt med underlaget. Muligheden for en sådan effekt blev forudsagt tidligere, men spørgsmålet om den faktiske eksistens af isolerede todimensionelle krystaller forblev åbent indtil eksperimenterne fra Geim og Novoselov- gruppen i 2004 .
Den tværgående størrelse af bump i grafen er omkring 10 nm, og deres højde er mindre end en nanometer. [3]
Grafen [4] var den første af todimensionelle krystaller, der blev undersøgt . Det blev opnået ved mekanisk spaltning af en bulk grafitkrystal . Denne metode viste sig at være praktisk til at opnå andre todimensionelle krystaller fra lagdelte materialer [5] . En anden todimensional krystal af phosphoren , sammensat af phosphor, blev opnået på lignende måde.
Til dato er der udviklet forskellige fysiske og kemiske metoder til at opnå grafen og andre to-dimensionelle krystaller, hvoraf den vigtigste er kemisk dampaflejring (CVD), som gør det muligt at opnå krystaller af god kvalitet relativt billigt. CVD gør det muligt at opnå todimensionelle centimeterstore enkeltkrystaller [6] .
Blandt todimensionelle krystaller kan man skelne en stor klasse af lagdelte materialer sammensat af chalcogenider (S, Se, Te) og overgangsmetaller (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Pd, Pt ) ifølge formlen MeX 2 [7] [8] .
| Element | Forbindelse | Kilde | ||||||||||||||||
| 5 B Bor |
h-BN borophener |
[9] [10] | ||||||||||||||||
6C kulstof _ |
Grafen , Karaffel | [11] [12] | ||||||||||||||||
| 14Si Silicium _ |
Silicen | [13] | ||||||||||||||||
| 15 P Fosfor |
Fosforen | [13] | ||||||||||||||||
| 22 Ti Titanium |
TiS2 , TiSe2 , TiTe2 _ _ | [9] | ||||||||||||||||
| 23V vanadium _ |
VS 2 , VSe 2 , VTe 2 , VCl 2 , VBr 2 , VI 2 | [9] | ||||||||||||||||
| 24Cr Chrome _ |
CrS2 , CrSe2 , CrTe2 _ | [9] | ||||||||||||||||
| 39 Y Yttrium |
YN 2 | |||||||||||||||||
| 32 Ge Germanium |
Germanen | [fjorten] | ||||||||||||||||
| 40 Zr Zirkonium |
ZrS2 , ZrSe2 , ZrTe2 , ZrN2 _ _ _ | [9] [15] | ||||||||||||||||
| 41 Nb Niobium |
NbS2 , NbSe2 , NbTe2 _ _ _ | [9] | ||||||||||||||||
| 42 Mo Molybdæn |
MoS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , MoN 2 | [9] [15] | ||||||||||||||||
| 43 Tc Teknetium |
TcN 2 | [femten] | ||||||||||||||||
| 46 Pd Palladium |
PdS 2 , PdSe 2 , PdTe 2 | [9] | ||||||||||||||||
| 50 Sn Tin |
Stanen | [13] | ||||||||||||||||
| 51 Sb Antimon |
Antimonen | [16] [17] | ||||||||||||||||
| 72 Hf Hafnium |
HfS 2 , HfSe 2 , HfTe 2 | [9] | ||||||||||||||||
| 73 Ta Tantal |
TaS2 , TaSe2 , TaTe2 _ _ | [9] | ||||||||||||||||
| 74 W Wolfram |
WS2 , WSe2 , WTe2 _ _ _ | [9] | ||||||||||||||||
| 78 Pt Platin |
PtS2 , PtSe2 , PtTe2 _ _ _ | [9] | ||||||||||||||||
Organiske todimensionelle krystaller findes også, såsom (BEDT-TTF) 2 X .