Im Jahr 2004 fiel mit der experimentellen Synthese von Graphen als erstem 2D-Material der Startschuss für die Suche nach ähnlichen Materialien höherer Ordnungszahl. In den letzten Jahren wurden 2D-Gegenstücke zahlreicher Elemente aus der Kohlenstoffgruppe realisiert. Zweidimensionale Materialien bilden häufig eine wabenförmige Struktur, d. h. ihre Atome sind hexagonal angeordnet.

Theoretische Vorhersagen und experimentelle Beweise zeigen, dass diese Materialien außergewöhnliche elektronische Eigenschaften aufweisen, die sich oft stark von denen ihrer 3D-Verwandten unterscheiden. Zum Beispiel weisen die sogenannten zweidimensionalen Dirac-Materialien aufgrund ihrer dirac-ähnlichen Dispersion eine außergewöhnlich hohe Mobilität der Ladungsträger (Dirac-Fermionen) auf. Mit zunehmender Ordnungszahl der Elemente zeigen die Materialien eine zunehmende Spin-Bahn-Kopplung sowie ein zunehmendes Buckling. Dies führt zur Anwendbarkeit bemerkenswerter Eigenschaften wie dem Quanten-Spin-Hall-Effekt oder topologischen Isolatoren.

Da die Struktur von 2D-Materialien einen großen Einfluss auf ihre elektronischen Eigenschaften hat, konzentrieren wir uns auf die Strukturanalyse dieser Materialien. Besonders bei substratgewachsenen 2D-Materialien ist die Grenzflächenstruktur von größter Bedeutung, da das Substrat strukturelle Veränderungen hervorrufen kann, die wiederum zu neuen elektrischen Eigenschaften führen kann. Aus diesem Grund führen wir zuvorderst die Analyse der chemischen und atomaren Strukturen an den Grenzflächen sowie die Aufdeckung der elektronischen Eigenschaften von 2D-Materialien in Abhängigkeit von ihrer Struktur durch.