近日，中国科学院物理研究所研究员张广宇带领团队，制备了厚度仅为头发丝直径的二十万分之一的单原子层金属，有望开创二维金属研究新领域。相关研究成果发表在国际学术期刊《自然》。

“就像三维金属引领了人类文明的铜器、青铜和铁器时代，原子极限厚度的二维金属有望推动下一阶段文明的发展，带来超微型低功耗晶体管、高频器件、透明显示、超灵敏探测、极致高效催化等众多领域的技术革新。此外，范德华挤压技术为二维金属合金、非晶和其他二维非层状材料也开辟了有效原子级制造方案，为各种新兴的量子、电子和光子器件应用勾勒出美好愿景。”论文共同通讯作者、中国科学院物理研究所研究员张广宇说。

近一个世纪以来，研究者曾普遍认为二维材料是不存在的。自2004年单层石墨烯发现以来，二维材料极大颠覆了人类对材料的原有认知，并引领了凝聚态物理、材料科学等领域的系列突破性进展，开创了基础研究和技术创新的二维新纪元。在过去20年中，二维材料家族迅速扩大，目前实验可获得的二维材料达数百种，理论预测的更是近2000种。然而，这些二维材料局限在层状材料体系，其三维母体的原子层通过弱的范德华力相连，可通过机械剥离等方式来获得二维单层。而金属与层状材料不同，由于每个原子在任意方向均和周围原子有强的金属键相互作用，要想将其重塑为原子极限厚度的二维金属，就像从压缩饼干中剥出像千层饼那样完整的一层来，极具挑战性。

如何获得二维金属？面对这一挑战，中国科学院物理研究所的研究团队发展了原子级制造的范德华挤压技术，通过将金属熔化并利用团队前期制备的高质量单层MoS2范德华压砧挤压，实现了原子极限厚度下各种二维金属的普适制备，包括铋、锡、铅、铟和镓，这些二维金属的厚度仅仅是一张A4纸的百万分之一，是一根头发丝直径的二十万分之一。如果把一块边长3米的金属块压成单原子层厚，将可以铺满整个北京市的地面。

“原子极限厚度二维金属的实现不仅超越当前二维范德华层状材料体系，补充了二维材料家族的一大块拼图，还有望衍生出各种宏观量子现象，促进理论、实验和技术的进步。如二维金属不仅为理论提供了一个理想的量子受限模型体系，也是实验探索量子霍尔效应、二维超流／超导、拓扑相变等的绝佳载体。”论文共同通讯作者、中国科学院物理研究所特聘研究员杜罗军说。

分享

微信分享 复制链接

微信扫一扫分享

收藏