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Ein antiker Kompass und ein hochmoderner Synchrotron-Teilchenbeschleuniger haben mindestens eine Sache gemein – Magnete. Während bei Teilchenbeschleunigern riesige Magnete benötigt werden und bei einem Kompass ein eher handlicher, ist die moderne Elektronik auf kleinste Magnete angewiesen. Ein klassisches Beispiel hierfür sind die typischen magnetischen Festplattenspeicher in Computern. Im Zuge der immer weitergehenden Miniaturisierung von Elektronik sind daher auch immer kleinere Magnete von Interesse. Eine Besonderheit stellen hier magnetische 2D-Materialien dar. Denn intrinsisch magnetische 2D-Materialien, insbesondere bei Raumtemperatur stabile, sind eher exotisch und wurden erst vor kurzem isoliert. 

Wie schon bei Graphen und anderen 2D-Materialien können 2D-Magnete aus magnetischen Kristallen durch das Ablösen einer einzelnen Molekülschicht erhalten werden. Ein Beispiel für ein solches Material ist Chromtriiodid, das auf diese Weise 2017 erstmals isoliert wurde. Wie schon bei Graphen ist es jedoch nicht möglich, solche vereinzelten Flocken sinnvoll in Anwendungen umzusetzen. Daher werden seitdem andere Verfahren untersucht und weiterentwickelt, um größere und fertigungstaugliche Mengen der Materialien zu erhalten. Für praktisch alle Anwendungsbereiche von 2D-Mageneten ist eine präzise Kontrolle der Schichtdicke über eine größere Fläche hinweg nötig. Die sogenannte chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapour deposition, CVD) stellt hier eine der vielversprechendsten Methoden dar, da sie bereits zur Herstellung von anderen 2D-Materialien verwendet wird. Zudem lässt sich das Verfahren in der Regel gut skalieren und der Prozess präzise kontrollieren.

Derzeit wird jedoch noch vor allem die mechanische Ablösung verwendet, da in dieser frühen Forschungsphase häufig kleine Mengen der Materialien für die Charakterisierung ausreichen. Die einlagigen Schichten sind in der Regel mechanisch flexibel und der Magnetismus kann durch äußere Einflüsse wie elektrische Felder oder Dehnung beeinflusst werden. Auch Funktionalisierungen mittels chemischer Verfahren oder Dotierungen konnten bereits nachgewiesen werden. Zudem wurde die Stapelung von 2D-Magneten mit nicht-magnetischen 2D-Materialien erfolgreich erprobt, wobei weitere Modifizierungen und auch Steuerungsmöglichkeiten nachgewiesen werden konnten. So zeigen 2D-Magente in solchen Strukturen beispielsweise eine sogenannte Multiferrozität (das gleichzeitige Auftreten von Magnetismus und elektrischer Leitfähigkeit) oder auch unkonventionelle Formen der Supraleitung.

Allerdings sind die 2D-Magnete derzeit nur bei niedrigen Temperaturen magnetisch und noch liegen diese Temperauren deutlich niedriger als die, bei denen der Magnetismus der 3D-Kristalle verschwindet. Forschenden gelingt es jedoch kontinuierlich diese Temperaturgrenzen der 2D-Magnete hin zu höheren Temperaturen zu verschieben. Aber auch andere Herausforderungen, wie die oben beschriebene Etablierung verlässlicher und skalierbarer Herstellungsmethoden sind noch zu nehmende Hürden. Und zur Langzeitstabilität der Materialien besteht auch noch Forschungsbedarf.

Gelingt es den Forschenden die derzeit noch bestehenden Hürden zu überwinden, könnten 2D-Magnete für neue Datenspeichergeräte, die optische On-Chip-Kommunikation oder für den Einsatz in Quantencomputern verwendet werden. Außerdem sind auch neuartige Detektoren, die auf Tunneleffekten von Elektronen beruhen, und spezielle biokompatible Komponenten denkbar. Hierbei spielen insbesondere auch die Spintronik (ein Forschungszweig der Nanoelektronik) sowie die physikalische Grundlagenforschung eine Rolle.