厚度仅A4纸百万分之一 中国科学家为金属“重塑金身”

单层二硫化钼封装的单层金属铋。《北京日报》

中国科学院物理研究所科研团队近日实现厚度仅为一张普通A4纸百万分之一的单原子层金属，这项被誉为给金属打上“中国标签”、有望开创二维金属研究新领域的重要成果论文，以“埃米厚度极限二维金属的实现”（1埃米=100亿分之一米）为题，北京时间13日凌晨在国际知名学术期刊《自然》上线发表。

中新社报道，在中国神话传说和佛教故事中，哪吒“以莲藕重塑肉身”、为佛像“重塑金身”等说法广为流传，其关键在于材料选择。在现实世界，科学家们也执着于给材料“重塑金身”的探索研究，以期引领材料创新产业革命。

论文共同通讯作者、中国科学院物理研究所研究员张广宇介绍说，二维材料近一个世纪以来被普遍认为不存在，但自2004年单层石墨烯发现以来，二维材料极大颠覆人类对材料的原有认知，并引领凝聚态物理、材料科学等领域系列突破性进展，开创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，理论预测近2000种。科研团队指出，二维材料可分为二维层状材料和二维非层状材料，以前的研究虽然发现很多二维材料，但基本局限在二维层状材料，而金属是非层状材料，这次研究在原子极限厚度下二维金属的实现超越当前二维层状材料体系。

本次研究是首次实现大面积二维金属材料的制备，也是首次实现环境稳定的二维金属，以前小尺寸的薄层金属非常不稳定，这次制备二维金属测试显示一年没有任何性能退化。

在本项研究中，面对如何获得二维金属的挑战，张广宇带领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二硫化钼范德华压砧挤压，实现原子极限厚度下各种二维金属的普适制备。

这些二维金属的厚度仅仅是一张A4纸的百万分之一，也即一根头发丝直径的20万分之一。“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。”张广宇说。

《北京日报》报道，国际审稿人对该工作一致给予高度评价，认为它“开创了二维金属这一重要研究领域”，“代表二维材料研究领域的一个重大进展”。

中国科学院物理研究所特聘研究员杜罗军表示，原子极限厚度二维金属的实现，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。它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、二维超流和超导、拓扑相变等的绝佳载体。

“三维金属引领了人类文明的铜器、青铜和铁器时代，而原子极限厚度的二维金属，有望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。”张广宇说，范德华挤压技术还为二维金属合金、非晶和其他二维非层状材料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。