Ze zijn 50, 000 keer dunner dan een mensenhaar en slechts een paar atomen dik:tweedimensionale materialen zijn de dunste stoffen die tegenwoordig kunnen worden gemaakt. Ze hebben volledig nieuwe eigenschappen en worden beschouwd als de volgende grote stap in de moderne halfgeleidertechnologie. In de toekomst zouden ze kunnen worden gebruikt in plaats van silicium in computerchips, lichtgevende dioden en zonnecellen. Tot nu, de ontwikkeling van nieuwe tweedimensionale materialen is beperkt gebleven tot structuren met lagen van stijve chemische bindingen in twee ruimtelijke richtingen, zoals een vel papier in een stapel. Nu voor het eerst, een onderzoeksteam van de universiteiten van Marburg, Giessen en Paderborn, onder leiding van Dr. Johanna Heine (Anorganische Chemie, Philipps University of Marburg) heeft deze beperking overwonnen door een innovatief concept te gebruiken. De onderzoekers ontwikkelden een organisch-anorganisch hybride kristal dat bestaat uit ketens in één richting, vormt desondanks toch tweedimensionale lagen. Hierdoor is het mogelijk om verschillende materiaalcomponenten te combineren, als stukken in een bouwdoos, om op maat gemaakte materialen met innovatieve eigenschappen te creëren.

In dit project, het onderzoeksteam combineerde de voordelen van tweedimensionale materialen en hybride perovskieten - het gelijknamige mineraal perovskiet staat bekend om zijn opto-elektronische eigenschappen, en kan worden gecombineerd met andere materialen om deze eigenschappen te verbeteren. "Het bijzondere hieraan is dat het volledig nieuwe mogelijkheden biedt voor het gericht ontwerpen van toekomstige functionele materialen, " zegt dr. Johanna Heine, een chemicus en junior onderzoeksgroepleider aan de Universiteit van Marburg, een beschrijving van dit zeer actuele onderzoeksgebied dat een groot toepassingspotentieel heeft. "Dit fysieke effect - voor het eerst hier ontdekt - zou het mogelijk kunnen maken om de kleur van toekomstige verlichtings- en weergavetechnologieën op een eenvoudige en gerichte manier af te stemmen, " zegt natuurkundige Philip Klement, hoofdauteur en promovendus in de onderzoeksgroep onder leiding van professor Sangam Chatterjee aan de Justus Liebig Universiteit van Giessen (JLU).

Het werk werd uitgevoerd in een interdisciplinaire samenwerking:het team van Dr. Johanna Heine aan de Universiteit van Marburg ontwikkelde eerst de chemische synthese en creëerde het materiaal als een enkelvoudig bulkkristal. Philip Klement en het team van professor Chatterjee bij JLU gebruikten deze kristallen vervolgens om individuele atomair dunne lagen te produceren en onderzochten ze met behulp van optische laserspectroscopie. Ze vonden een spectraal breedband ("witte") lichtemissie, waarvan de kleurtemperatuur kan worden aangepast door de laagdikte te wijzigen. In nauwe samenwerking met professor Stefan Schumacher en zijn team van theoretisch natuurkundigen aan de Paderborn University hebben de onderzoekers een microscopisch onderzoek gedaan naar het effect en konden ze de eigenschappen van het materiaal verbeteren.

Op deze manier waren de onderzoekers in staat om het hele proces te dekken, van de synthese van het materiaal en het begrijpen van de eigenschappen ervan, om de eigenschappen te modelleren. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het vakblad Geavanceerde materialen .