Atomikerroksen

Atomikerroksen käsite tarkoittaa aineen erittäin ohutta kerrosta, joka koostuu yhdestä atomitasosta tai siitä vain hieman paksummasta tasosta ja muodostaa materiaalin rakennuspalikan. Yksittäinen atomikerros on käytännössä 0,1–0,5 nanometriä paksu ja toimii 2D-materiaalien perusyksikkönä. Tutkijat päätyvät tällaisiin kerroksiin muun muassa grafiitista ja joidenkin siirtymämetallidikalkogenidien sarjoista, kuten MoS2.

Rakenne on kaksidimensionaalinen: atomeja on säännöllisessä latticeissa. Useimmat 2D-materiaalit sitoutuvat toisiinsa heikoilla van der Waals -voimilla, mikä mahdollistaa kerrosten erottamisen yksittäin ja niiden pinoamisen haluttuun kokoon.

Syntetisoimiseen ja valmistukseen on useita tapoja. Mekaaninen eksfoliaatio (esim. scotch-tape -menetelmä) antaa usein yksittäisiä kerroksia. Toinen tärkeä tapa on kemiallinen höyrystyminen ja kasvu (CVD) sekä epitaktinen kasvatus. Kerroksen paksuutta ja laatua voidaan arvioida muun muassa AFM-mittauksilla ja Raman-spektroskopialla.

Ominaisuudet ja sovellukset: yhden atomin paksuisten kerrosten ominaisuudet voivat poiketa huomattavasti niiden bulk-materiaalin ominaisuuksista. Esimerkiksi grafiitin kaltaisessa graphene:ssa elektroninen rakenne on erittäin liikkuva ja käytännössä ilman suoraa bandgapia, kun taas monikerroksisten MoS2-tyyppien kerroksilla voi olla suora tai hyvin lähellä suoraa bandgap riippuen kerrosten määrästä. 2D-kerroksia käytetään elektroniikassa, optiikassa, katalyysissä sekä erilaisten kalvojen ja sensoreiden kehittämisessä.

Lisäksi: termiä käytetään laajasti tutkimuksessa kuvaamaan yksittäisiä atomikerroksia ja niiden ominaisuuksien hallintaa.

---