二維材料（two-dimensional material）
一疊紙是一摞紙片：每一片在自己的平面內既堅固又連續，但紙片彼此滑動、幾乎不費力就能撕開。有些晶體正是這樣構成的——層內由強化學鍵緊緊維繫，層與層之間卻只靠微弱的凡得瓦力堆疊。從這種晶體撕下一片，你就得到一個二維材料：一片一個或幾個原子厚的原子薄片，卻在它的平面內是不折不扣的晶體。石墨烯，也就是石墨的單一層，是奠基性的範例。
在石墨烯中，碳原子坐在蜂巢的角落上——一個由六邊形重複而成的圖案——由約 0.142 奈米長的強共價鍵維繫，因此單一片儘管只有一個原子厚，卻異常堅硬強韌。它的表親們共享層狀的概念、但化學不同：六方氮化硼是硼與氮交替的蜂巢，是電絕緣體；像二硫化鉬這類過渡金屬二硫屬化物則是三個原子厚的三明治層。這些長久以來都被視為塊狀層狀固體；轉向二維材料是在 2004 年，當單片石墨烯首次被分離出來、並被證明能獨自存活。
把層狀晶體薄化成單一片，不只是把它變小——它改變了結構帶來的後果。二硫化鉬在塊材中是普通半導體，作為單層卻變成直接能隙的發光體；石墨烯的電子表現得彷彿沒有質量。而由於這些片彼此維繫得如此微弱，它們可以隨意重新堆疊——石墨烯疊在氮化硼上、再疊在二硫屬化物上——成為凡得瓦異質結構，一層一層地混搭性質，這是一套在極致薄度下玩結構的樂高積木。
最早的石墨烯是把膠帶壓在一塊石墨上再撕開做出來的：層與層之間微弱的凡得瓦鍵最先屈服，掀起薄片，反覆撕黏會把某些薄片薄化到只剩單一碳片。那單一片，一個原子厚，仍然是晶體——它的蜂巢有序在電子顯微鏡下直接可見。
平面內強鍵、片與片之間弱凡得瓦鍵：一個層狀晶體可以撕薄到只剩一片。
二維並不是指沒有厚度的平面——它指的是一個或幾個原子厚，晶體的週期性只活在平面內。它與量子井不同：二維材料是一片獨立的原子薄片、靠凡得瓦力與鄰居相繫，而非埋在三維晶體內部、由普通鍵維繫的一層。