Forschende der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Northwestern Polytechnical University haben einen neuen Mechanismus für Phasenübergänge in zweidimensionalen Kristallen identifiziert. Das Team um die Professoren Chen Xingqiu und Sun Yan vom Institut für Metallforschung sowie Professor Niu Haiyang publizierte die Ergebnisse am 29. Juni in den Proceedings of the National Academy of Sciences. Der Fund dreht sich um den strukturellen Wandel in einlagigem Molybdänditellurid und offenbart einen atomaren Dominoeffekt als treibende Kraft. Lange Zeit wurde die Umwandlung zwischen der halbleitenden 1H- und der semimetallischen 1T'-Phase als martensitischer Prozess verstanden, bei dem Atome durch koordinierte Scherbewegungen wandern. Diese Theorie stand jedoch im Widerspruch zu experimentellen Daten, da sie unrealistisch hohe Energiebarrieren vorhersagte. Um die zugrundeliegende Kinetik zu klären, nutzten die Forschenden tiefenlerngestützte Molekulardynamiksimulationen. Die Modelle widerlegten das konventionelle Schermodell und zeigten stattdessen eine eindimensionale Kettenreaktion auf. Dabei wandern Tellur-Atome sequenziell entlang einer bestimmten Kristallrichtung, lösen eine strukturelle Umlagerung aus und bewirken eine Peierls-Verzerrung sowie lokale topologische Änderungen. Dieser Domino-Pfad weist eine signifikant niedrigere Aktivierungsenergie auf und erzeugt eine freie Energielandschaft mit mehreren metastabilen Zuständen. Damit umgehen die Autoren das klassische Keimbildungs- und Wachstumsszenario für diesen Übergang. Durch Variation der Simulationszelle konnten die Forscher zudem die kinetischen Ursachen für unterschiedliche Domänenmuster nachvollziehen und Strategien zur präzisen Steuerung der Phasenübergänge ableiten. Theoretische Berechnungen belegen, dass sich durch reversibles Umschalten zwischen Ein- und Mehrdomänen-Konfigurationen elektronische Zustände rasch modulieren lassen. Ein weiteres Forschungsergebnis betrifft die optischen Eigenschaften der Übergangsstrukturen. Die im Domino-Prozess entstehenden Intermediate zeigen eine stark verbesserte nichtlineare optische Antwort im sichtbaren Bereich. Der lichtinduzierte Verschiebungsstrom steigt dabei von etwa 70 auf rund 470 Mikroampere pro Quadratvolt. Diese Steigerung unterstreicht das Potenzial für hochempfindliche Sensoren und photonische Bauelemente. Die Entdeckung des atomaren Dominoeffekts markiert einen Paradigmenwechsel im Verständnis von Phasenengineerings in niedrigdimensionalen Systemen. Sie liefert nicht nur grundlegende Einblicke in die Dynamik zweidimensionaler Materialien, sondern eröffnet konkrete Anwendungspfade für programmierbare Elektronik und optoelektronische Geräte. Die Möglichkeit, Materialeigenschaften durch gezielte, energieeffiziente Phasenumwandlungen auf atomarer Ebene zu steuern, könnte künftige Schaltkreise und Speicherarchitekturen nachhaltig verändern.