De är 50, 000 gånger tunnare än ett människohår och bara några atomer tjocka:tvådimensionella material är de tunnaste ämnen som är möjligt att tillverka idag. De har helt nya egenskaper och ses som nästa stora steg i modern halvledarteknik. I framtiden skulle de kunna användas istället för kisel i datorchips, lysdioder och solceller. Tills nu, utvecklingen av nya tvådimensionella material har begränsats till strukturer med lager av stela kemiska bindningar i två rumsliga riktningar – som ett pappersark i en hög. Nu för första gången, en forskargrupp från universiteten i Marburg, Giessen och Paderborn, ledd av Dr Johanna Heine (Oorganisk kemi, Philipps University of Marburg) har övervunnit denna begränsning genom att använda ett innovativt koncept. Forskarna utvecklade en organisk-oorganisk hybridkristall som består av kedjor i en enda riktning, bildar ändå tvådimensionella lager trots detta. Detta gör det möjligt att kombinera olika materialkomponenter, som bitar i en byggsats, att skapa skräddarsydda material med innovativa egenskaper.

I detta projekt, forskargruppen kombinerade fördelarna med tvådimensionella material och hybridperovskiter – mineralet perovskit med samma namn är välkänt för sina optoelektroniska egenskaper, och kan kombineras med andra material för att förbättra dessa egenskaper. "Det speciella med detta är att det erbjuder helt nya möjligheter för målinriktad design av framtida funktionsmaterial, " säger Dr Johanna Heine, en kemist och junior forskargruppledare vid universitetet i Marburg, beskriver detta högaktuella forskningsområde som har stor tillämpningspotential. "Denna fysiska effekt – som först upptäcktes här – skulle kunna göra det möjligt att ställa in färgen på framtida ljus- och displaytekniker på ett enkelt och målinriktat sätt, " säger fysiker Philip Klement, huvudförfattare och doktorand i forskargruppen ledd av professor Sangam Chatterjee vid Justus Liebig University of Giessen (JLU).

Arbetet utfördes i ett tvärvetenskapligt samarbete:Dr Johanna Heines team vid universitetet i Marburg utvecklade först den kemiska syntesen och skapade materialet som en enda bulkkristall. Philip Klement och professor Chatterjees team vid JLU använde sedan dessa kristaller för att producera enskilda atomärt tunna lager och undersökte dem med optisk laserspektroskopi. De hittade en spektralt bredbandig ("vit") ljusemission, vars färgtemperatur kan ställas in genom att ändra tjockleken på lagret. I nära samarbete med professor Stefan Schumacher och hans team av teoretiska fysiker vid Paderborns universitet gjorde forskarna en mikroskopisk studie av effekten och kunde förbättra materialets egenskaper.

På detta sätt kunde forskarna täcka hela processen från syntes av materialet och förstå dess egenskaper, att modellera egenskaperna. Deras resultat har publicerats i specialisttidskriften Avancerade material .