中國網/中國發展門戶網訊 在我國神話傳說中，“重塑金身”的故事流傳已久，像哪吒以蓮藕重塑肉身，關鍵就在于材料的選擇。無獨有偶，科學家們也在執著探索一個極為相似的課題，給材料“重塑金身”，引領材料創新產業革命。近期，中國科學院物理研究所的科研團隊，成功為金屬“重塑金身”，實現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。相關研究成果以“Realization of 2D metals at the ?ngstr?m thickness limit”（埃米厚度極限二維金屬的實現）為題發表在國際學術期刊《自然》。

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（近一個世紀以來普遍認為二維材料是不存在的），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?？v觀整個材料數據庫，層狀材料的占比是非常小的，97.5%以上的是非層狀材料，如生活中隨處可見的金屬。不同于層狀材料（類似千層餅結構，很容易剝出完美一層），金屬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（類似壓縮餅干），要想將其重塑為原子極限厚度的二維金屬，就好比從壓縮餅干中剝出像千層餅那樣完整的一層來一樣，是極具挑戰性的。

面對如何獲得二維金屬的挑戰，最近中國科學院物理研究所張廣宇研究員帶領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。

范德華擠壓制備的二維金屬上下均被單層MoS₂所封裝，具有非常好的環境穩定性（在超1年的實驗測試中無性能退化）和非成鍵的界面，有利于器件制備以探測二維金屬的本征特性。電學測量表明，單層鉍的室溫電導率可達9.0×10⁶ S/m，比塊體鉍的室溫電導率（7.8×10⁵ S/m）高一個數量級以上。并且，單層鉍展現出明顯的P型電場效應，其電阻可被柵壓調控達35% （塊體金屬通常小于1%），為低功耗全金屬晶體管和高頻器件提供了新思路。此外，范德華擠壓技術還能以原子精度控制二維金屬的厚度（即單層、雙層或三層），為揭示以前難以企及的層依賴特性提供了可能。

國際審稿人一致給予高度評價，認為該工作：“開創了二維金屬這一重要研究領域” ；“代表二維材料研究領域的一個重大進展”。

“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?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡?、中國科學院物理研究所特聘研究員杜羅軍說。

“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?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡?、中國科學院物理研究所研究員張廣宇說。 

圖范德華擠壓技術普適制備埃米極限厚度二維金屬