Zweidimensionale Materialien stehen aufgrund ihres Potenzials in der Elektronik und Optoelektronik stark im Fokus, doch viele hochaktive Materialien degradieren in Luft schnell, was eingehende Untersuchungen ihrer Grundstrukturen behindert. Forscher des National Graphene Institute der University of Manchester haben kürzlich einen Fortschritt erzielt: Mithilfe einer Graphen-Versiegelungstechnik gelang ihnen erstmals die atomar aufgelöste Bildgebung von einkristallinen Übergangsmetall-Diiodiden.

Übergangsmetall-Dihalogenide sind eine Klasse von Materialien mit einzigartigen, aber äußerst instabilen Eigenschaften. Ihre vorhergesagten Eigenschaften eignen sich für Geräte der nächsten Generation, doch ihre schnelle Reaktion bei Luftkontakt macht eine grundlegende Charakterisierung schwierig. Das Team konnte diese empfindlichen Materialien durch die Herstellung von Graphen-verkapselten Proben für die Transmissionselektronenmikroskopie wirksam schützen und ihre Stabilität in Luft von Sekunden auf Monate verlängern. Diese Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „ACS Nano“ veröffentlicht.

Der Kern dieser Technik basiert auf einer Weiterentwicklung einer zuvor im Fachjournal „Nature Electronics“ berichteten Methode zum Transfer anorganischer Stempel. Dr. Wendong Wang, der an der Entwicklung der Technik beteiligt war, erklärte: „Anfangs war die Handhabung dieser Materialien fast unmöglich, da sie sich innerhalb von Sekunden nach Luftkontakt vollständig zersetzten. Herkömmliche Präparationsmethoden waren nicht anwendbar. Unser Ansatz schützt die Proben ohne unnötige Transfer-Schritte. Die Fähigkeit, Proben herzustellen, die nicht nur Stunden, sondern Monate stabil bleiben und sogar international zwischen Institutionen transferiert werden können, löst einen Hauptengpass in der Erforschung zweidimensionaler Materialien.“

Dr. Gareth Theaton, der für die Bildanalyse verantwortlich war, wies darauf hin: „Sobald wir stabile Proben herstellen konnten, konnten wir einige interessante Beobachtungen an diesen Materialien machen, einschließlich der Identifizierung ausgedehnter lokaler Strukturänderungen in den dünnsten Proben, der Dynamik atomarer Defekte und der Entwicklung von Randstrukturen.“ Prof. Roman Gorbachev, der die Forschung leitete, fügte hinzu: „Was mich am meisten begeistert, ist, dass diese Studie wissenschaftliche Bereiche erschließt, die bisher unzugänglich waren. Theoretisch wissen wir, dass viele aktive 2D-Materialien herausragende Leistungen in der Elektronik, Optoelektronik und für Quantenanwendungen versprechen, aber wir konnten bisher keine stabilen Proben in Laboren erhalten, um diese Vorhersagen zu überprüfen.“

Die Graphen-Versiegelungstechnik bietet eine universelle Methode zur Beobachtung der atomaren Struktur und des Defektverhaltens verschiedener hochaktiver 2D-Materialien. Diese Fähigkeit zur stabilen Probenpräparation und Bildgebung wird die Erforschung und Anwendung solcher Materialien in zukünftigen elektronischen, optoelektronischen und Quantentechnologien vorantreiben.

Veröffentlichungsdetails: Autoren: Wendong Wang et al., Titel: „Atomic Imaging of Two-Dimensional Transition Metal Diiodides“, veröffentlicht in: ACS Nano (2026). Zeitschrifteninformation: ACS Nano, Nature Electronics