Un cristal bidimensional este un cristal plat care are simetrie de translație în doar două direcții. Grosimea cristalului este mult mai mică decât dimensiunile sale caracteristice în plan. Datorită grosimii mici și, în consecință, a solicitărilor mecanice mari, cristalele bidimensionale sunt foarte ușor distruse, prin urmare, ele sunt situate de obicei pe suprafața materialelor în vrac sau plutesc în soluții, în timp ce în ultimul caz, dimensiunea cristalelor este aproximativ 1 micron. Cristalele bidimensionale au o structură de bandă , așa că vorbesc despre proprietățile lor metalice, semiconductoare și dielectrice. Cercetătorii limitează numărul de cristale bidimensionale la 500 [1] .
În anii 1930, Landau și Peierls au arătat că un cristal în două dimensiuni va fi cu siguranță distrus de fluctuațiile termice ale pozițiilor atomilor din rețea. Această afirmație a fost în concordanță cu datele experimentale timp de decenii.
Cu toate acestea, în ciuda propriei lor bidimensionalități, cristalele bidimensionale sunt încă în spațiul tridimensional, iar interacțiunea deformațiilor transversale cu deformațiile în plan duce la stabilitate termodinamică. [2] Dacă filmul este ușor deformat, de exemplu, conține ondulații, umflături de dimensiuni nanometrice, atunci o astfel de structură poate exista fără contact cu substratul. Posibilitatea unui astfel de efect a fost prezisă mai devreme, dar problema existenței reale a cristalelor bidimensionale izolate a rămas deschisă până la experimentele grupului Geim și Novoselov în 2004 .
Dimensiunea transversală a denivelărilor din grafen este de aproximativ 10 nm, iar înălțimea lor este mai mică de un nanometru. [3]
Grafenul [4] a fost primul dintre cristalele bidimensionale care a fost studiat . A fost obținut prin scindarea mecanică a unui cristal de grafit în vrac . Această metodă s-a dovedit a fi convenabilă pentru obținerea altor cristale bidimensionale din materiale stratificate [5] . Un alt cristal bidimensional de fosforen , compus din fosfor, a fost obținut în mod similar.
Până în prezent, au fost dezvoltate diverse metode fizice și chimice pentru obținerea grafenului și a altor cristale bidimensionale, principala dintre acestea fiind depunerea chimică în vapori (CVD), care face posibilă obținerea de cristale de bună calitate relativ ieftin. CVD face posibilă obținerea de monocristale bidimensionale de mărimea unui centimetru [6] .
Dintre cristalele bidimensionale, se poate distinge o clasă mare de materiale stratificate compuse din calcogenuri (S, Se, Te) și metale de tranziție (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Pd, Pt). ) după formula MeX 2 [7] [8] .
| Element | Compus | Sursă | ||||||||||||||||
| 5 B Bor |
h-BN borofeni |
[9] [10] | ||||||||||||||||
6C Carbon _ |
Grafen , decantor | [11] [12] | ||||||||||||||||
| 14Si Silicon _ |
Silicen | [13] | ||||||||||||||||
| 15 P Fosfor |
fosforen | [13] | ||||||||||||||||
| 22 Ti Titan |
TiS2 , TiSe2 , TiTe2 _ _ | [9] | ||||||||||||||||
| 23V vanadiu _ |
VS 2 , VSe 2 , VTe 2 , VCl 2 , VBr 2 , VI 2 | [9] | ||||||||||||||||
| 24Cr Chrome _ |
CrS2 , CrSe2 , CrTe2 _ | [9] | ||||||||||||||||
| 39 Y Ytriu |
YN 2 | |||||||||||||||||
| 32 Ge Germaniu |
Germanen | [paisprezece] | ||||||||||||||||
| 40 Zr Zirconiu |
ZrS2 , ZrSe2 , ZrTe2 , ZrN2 _ _ _ | [9] [15] | ||||||||||||||||
| 41 Nb Niobiu |
NbS2 , NbSe2 , NbTe2 _ _ _ | [9] | ||||||||||||||||
| 42 Mo Molibden |
MoS2 , MoSe2 , MoTe2 , MoN2 _ _ _ | [9] [15] | ||||||||||||||||
| 43 Tc Tehnețiu |
TcN 2 | [cincisprezece] | ||||||||||||||||
| 46 Pd Paladiu |
PdS2 , PdSe2 , PdTe2 _ _ _ | [9] | ||||||||||||||||
| 50 Sn Tin |
Stanen | [13] | ||||||||||||||||
| 51 Sb Antimoniu |
Antimonen | [16] [17] | ||||||||||||||||
| 72 Hf Hafniu |
HfS2 , HfSe2 , HfTe2 _ _ | [9] | ||||||||||||||||
| 73 Ta Tantal |
TaS2 , TaSe2 , TaTe2 _ _ | [9] | ||||||||||||||||
| 74 W Tungsten |
WS2 , WSe2 , WTe2 _ _ _ | [9] | ||||||||||||||||
| 78 Pt Platină |
PtS2 , PtSe2 , PtTe2 _ _ _ | [9] | ||||||||||||||||
Există, de asemenea, cristale organice bidimensionale, cum ar fi (BEDT-TTF) 2 X .