Eine Monolage (Monolayer) bezeichnet eine geordnete oder quasi-geordnete Schicht aus Atomen, Ionen oder Molekülen mit einer effektiven Dicke von nur einer strukturellen Einheit. Sie stellt damit die untere Grenzdicke für zusammenhängende, kondensierte Materie auf einer Oberfläche oder an einer Grenzfläche dar. Im engeren Sinn umfasst der Begriff sowohl atomare Monolagen auf kristallinen Substraten als auch molekulare Monolagen, etwa selbstorganisierte Monoschichten (Self-Assembled Monolayers, SAMs).

Atomare Monolagen sind zentral für zweidimensionale Materialien wie Graphen oder Übergangsmetall-Dichalkogenide (z. B. MoSe₂-Monoschichten). In solchen Systemen führt die Reduktion auf eine einzige atomare Lage zu ausgeprägt zweidimensionalen elektronischen, optischen und mechanischen Eigenschaften, etwa direktem Bandgap, starker Excitonbildung und anisotropem Transportverhalten.

Molekulare Monolagen, insbesondere SAMs aus funktionalisierten Organothiolen, Silanen oder halogenierten Molekülen, bilden geordnete Strukturen durch spontane Adsorption und Selbstorganisation auf metallischen oder oxidischen Substraten. Sie dienen zur präzisen Einstellung von Oberflächenenergie, Benetzbarkeit, Korrosionsverhalten, Haftung und elektronischer Kopplung. Halogenierte SAM-Materialien ermöglichen etwa die Feinabstimmung der Grenzflächenarbeit in organischen Elektronikbauelementen.

Die Charakterisierung von Monolagen erfolgt typischerweise mittels Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskopie, Photoelektronenspektroskopie sowie Beugungs- und Ellipsometriemethoden. Für Anwendungen in Katalyse, Sensorik, Nanoelektronik und Beschichtungstechnik ist die Kontrolle von Bedeckungsgrad, Defektdichte, lateraler Ordnung und chemischer Funktionalisierung der Monolage entscheidend.