To-dimensionelle materialer, som grafen og MoS2, er atomart flade krystaller, hvor alle atomerne er eksponeret til omgivelserne. Disse krystaller kan dyrkes i kvadratmetermål og giver på grund af deres ekstreme tyndhed enestående muligheder men også store udfordringer i forbindelse med praktiske formål.

2D materialer muliggør ultrahurtige og bøjelige transistorer, memristorer til neuromorfiske beregninger, stue-temperatur kvantekomponenter, membraner der kan rense gas og vand, gøre batterier bedre, og skabe kompakte og flade optiske linser der kan styres med elektriske spændinger.

I dette kursus lærer du om egenskaber, metoder og de spændende fysiske/teoretiske koncepter, der gør det muligt at udnytte 2D materialerne i fremtidens teknologi. Kurset er delt op i tre emner: elektroniske egenskaber og devices, vekselvirkning mellem lys og materialer og atomar/molekylær transport, som afspejler emner der aktivt forskes i på DTU. Hver af de tre emner afsluttes med et kort projektforløb (1 uge hver), og her lægger vi vægt på, at mange interessante muligheder opstår i spændingsfeltet mellem fagområderne. Der bliver mulighed for at arbejde med både "rene" og tværfaglige emner i projektarbejdet.

Du lærer også generelle og nyttige kompetencer såsom effektiv og ansvarlig brug af AI til forskning og udvikling, samt hvordan man forvandler en god ide til en solid og overbevisende ansøgning for eksempel til forskningsmidler eller i en virksomhed. En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:

• Beskrive de optiske egenskaber af 2D-materialer i forhold til fononiske, plasmoniske og excitoniske excitationer ved at anvende klassiske og kvantemekaniske modeller.
• Gennemføre teoretiske og eksperimentelle undersøgelser for at designe excitoneffekter, polaritondannelse og nanofotoniske egenskaber i lavdimensionelle og lagdelte materialer.
• Analysere lys-stof-interaktioner i optiske systemer, der understøtter dielektriske resonanser samt fonon-, exciton- og plasmon-polaritoner.
• Analysere ballistisk transport og faseændringer i 2D-materialer, og forklare hvordan disse kan anvendes i næste generations elektroniske komponenter.
• Forstå fononer og deres betydning for de fysiske egenskaber af 2D materialer.
• Simulere og forstå kvanteteoretisk elektronspredning i 2D-materialer
• Beskrive hvordan van der Waals-"stacking" og nano-litografiske teknikker kan anvendes til at designe specifikke elektriske egenskaber i 2D-heterostrukturer.
• Forklar betydningen af moiré- og supergitre for at skabe og programmere kvantefaser i 2D-materialer.
• Forklare hvordan storskala 2D-materialer kan syntetiseres, overføres og integreres i komponenter med designet funktionalitet.
• Analysere ion- og molekyler i nanoskala kanaler, transport og filtrering baseret på membraner af 2D-materialer.
• Beskriv den forskellige elektroniske struktur af luminescerende centre i 2D-materialer og forstå hvad en kvanteemitter og en enkeltfotonkilde er.
• Vælge, forfine, kvalificére og beskrive en idé til et forskningsprojekt og skrive et kort og stærkt projektforslag, med ansvarlig og effektiv brug af AI.

I kurset lærer du om strukturelle/mekaniske, elektroniske, fotoniske egenskaber af 2D materialer og hvordan disse kan udnyttes praktisk til alt fra filtre til rent drikkevand til kvanteemittere. Udover de mest kendte 2D materialer som grafen, hexagonal bornitrid og molybdæn disulfid dykker vi ned i det store udvalg af atomart tynde materialer med forskellige og ofte enestående egenskaber. Gennem sammenkobling af teoretiske, praktiske og kommunikative aktiviteter bliver du istand til at indgå i et forskningsproject eller -samarbejde om 2D materialer på et højt niveau, uanset om du er eksperimentelt eller teoretisk orienteret i dit MSc/PhD projekt, eller skal arbejde med avancerede materialer og teknologier i industrien. Bogkapitler, noter, videnskabelige artikler, præsentationer fra undervisningen. 02. maj, 2025