中国科学家开创二维金属研究新领域
中国科学家开创二维金属研究新领域
**中国科学院物理研究所张广宇团队在二维金属研究领域取得重大突破，他们开发的范德华挤压技术成功制备出原子极限厚度的二维金属。这一成果发表在《自然》杂志上，被审稿人评价为“开创了二维金属这一重要研究领域”。
团队成员合影，张广宇（右三）、赵交交（右二）。受访者供图
二维材料的概念伴随着2004年单层石墨烯的发现而被提出，它的诸多新奇特性极大颠覆了人类对材料的认知，引领了凝聚态物理、材料科学等领域的突破性进展。在过去20年里，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，理论预测更达近2000种。然而，由占据元素周期表大半江山的金属构成的二维材料在家族中却一直缺席。
原子极限厚度下二维金属有着广阔的应用前景，将会带来超微型低功耗晶体管、高频器件、柔性透明显示、超灵敏探测、极致高效催化等众多领域的技术革新。
张广宇团队经过长时间的探索，最终开发出范德华挤压技术，成功制备出包括铋、锡、铅、铟、镓等单原子层金属，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。
该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提供了新的技术手段。
研究团队通过超1年的材料特性测试，发现这些二维金属具有非常好的环境稳定性，将有利于器件制备以探测二维金属的本征特性。此外，单层铋的室温电导率可达~9.0×106S/m，比块体铋高一个数量级以上，电阻可被栅压调控达35%，为低功耗全金属晶体管和高频器件提供了新思路。
“原子极限厚度下二维金属的实现不仅超越当前二维层状材料体系，还有望演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、二维超流或超导、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。
“在我跟张老师读博士时，这一构思就有了，当时觉得不太能实现，因为金属原子间作用力很强，不像层状材料容易剥离。”杜罗军坦承，该研究先后历经多位学生毕业，而论文的第一作者、博士生赵交交更是历经7年完成该工作——也是他博士期间唯一的一项工作。“张老师一直告诉我们要做别人很难实现的研究，努力开创新领域、探索新材料，多‘啃硬骨头’。”
“在二维材料领域，石墨烯是英国人做出来的，其它也基本被欧美占据。之前没有人做过二维金属，中国科学家做出来了，未来二维金属领域就会贴上中国标签。”张广宇说。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-025-08711-x
本文原文来自：中国科学报