中國青年報客戶端訊（中青報·中青網記者張渺）近日，中國科學院物理研究所研究員張廣宇帶領團隊，制備了厚度僅為頭發絲直徑的二十萬分之一的單原子層金屬，有望開創二維金屬研究新領域。相關研究成果發表在國際學術期刊《自然》。
“就像三維金屬引領了人類文明的銅器、青銅和鐵器時代，原子極限厚度的二維金屬有望推動下一階段文明的發展，帶來超微型低功耗晶體管、高頻器件、透明顯示、超靈敏探測、極致高效催化等眾多領域的技術革新。此外，范德華擠壓技術為二維金屬合金、非晶和其他二維非層狀材料也開辟了有效原子級制造方案，為各種新興的量子、電子和光子器件應用勾勒出美好愿景。”論文共同通訊作者、中國科學院物理研究所研究員張廣宇說。
近一個世紀以來，研究者曾普遍認為二維材料是不存在的。自2004年單層石墨烯發現以來，二維材料極大顛覆了人類對材料的原有認知，并引領了凝聚態物理、材料科學等領域的系列突破性進展，開創了基礎研究和技術創新的二維新紀元。在過去20年中，二維材料家族迅速擴大，目前實驗可獲得的二維材料達數百種，理論預測的更是近2000種。然而，這些二維材料局限在層狀材料體系，其三維母體的原子層通過弱的范德華力相連，可通過機械剝離等方式來獲得二維單層。而金屬與層狀材料不同，由于每個原子在任意方向均和周圍原子有強的金屬鍵相互作用，要想將其重塑為原子極限厚度的二維金屬，就像從壓縮餅干中剝出像千層餅那樣完整的一層來，極具挑戰性。
如何獲得二維金屬？面對這一挑戰，中國科學院物理研究所的研究團隊發展了原子級制造的范德華擠壓技術，通過將金屬熔化并利用團隊前期制備的高質量單層MoS2范德華壓砧擠壓，實現了原子極限厚度下各種二維金屬的普適制備，包括鉍、錫、鉛、銦和鎵，這些二維金屬的厚度僅僅是一張A4紙的百萬分之一，是一根頭發絲直徑的二十萬分之一。如果把一塊邊長3米的金屬塊壓成單原子層厚，將可以鋪滿整個北京市的地面。
二維金屬材料制備過程。中國科學院物理研究所供圖
“原子極限厚度二維金屬的實現不僅超越當前二維范德華層狀材料體系，補充了二維材料家族的一大塊拼圖，還有望衍生出各種宏觀量子現象，促進理論、實驗和技術的進步。如二維金屬不僅為理論提供了一個理想的量子受限模型體系，也是實驗探索量子霍爾效應、二維超流／超導、拓撲相變等的絕佳載體。”論文共同通訊作者、中國科學院物理研究所特聘研究員杜羅軍說。
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