圖：中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員張廣宇（左二）與研究團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行討論。\視頻截圖

　　神話傳說中“重塑金身”的故事流傳已久，如同《哪咤2》電影中哪咤以蓮藕重塑肉身，現(xiàn)代科學(xué)家們也在執(zhí)著探索一個(gè)極為相似的課題，給材料“重塑金身”，引領(lǐng)材料創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)革命。近期，中國(guó)科學(xué)院物理研究所的科研團(tuán)隊(duì)，成功為金屬“重塑金身”，實(shí)現(xiàn)了厚度僅為頭發(fā)絲直徑的二十萬分之一的單原子層金屬，將三維的金屬“降維”到二維，有望開創(chuàng)二維金屬研究新領(lǐng)域。“原子極限厚度的二維金屬有望推動(dòng)下一階段文明的發(fā)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(cè)、極致高效催化等眾多領(lǐng)域的技術(shù)革新”，中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員張廣宇說。

　　前述中國(guó)科學(xué)院物理研究所的科研成果，近期以“埃米厚度極限二維金屬的實(shí)現(xiàn)”為題發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。張廣宇表示，我們生活中所見的各種金屬，具有長(zhǎng)、寬、高等三個(gè)維度，屬于三維金屬。如果金屬高度降低至只有一個(gè)或者幾個(gè)原子層厚度（也就是頭發(fā)絲直徑20萬分之一量級(jí)），這時(shí)高度維度可忽略，只有長(zhǎng)和寬兩個(gè)維度，那就是二維金屬。

　　專家介紹，自2004年單層石墨烯發(fā)現(xiàn)以來，二維材料極大顛覆了人類對(duì)材料的原有認(rèn)知，并引領(lǐng)了凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)等領(lǐng)域的系列突破性進(jìn)展，開創(chuàng)了基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新的二維新紀(jì)元。金屬由于每個(gè)原子在任意方向均和周圍原子有強(qiáng)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?zāi)菢油暾囊粚觼硪粯?，是極具挑戰(zhàn)性的。

　　二維金屬環(huán)境穩(wěn)定性良好

　　面對(duì)如何獲得二維金屬的挑戰(zhàn)，最近張廣宇帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)展了原子級(jí)制造的范德華擠壓技術(shù)，通過將金屬熔化并利用團(tuán)隊(duì)前期制備的高質(zhì)量單層MoS2范德華壓砧擠壓，實(shí)現(xiàn)了原子極限厚度下各種二維金屬的普適制備。

　　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(huán)境穩(wěn)定性和非成鍵的界面，有利于器件制備以探測(cè)二維金屬的本征特性。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(fā)絲直徑的二十萬分之一。如果把一塊邊長(zhǎng)3米的金屬塊壓成單原子層厚，將可以鋪滿整個(gè)北京市的地面。

　　首次實(shí)現(xiàn)大面積制備 性能無退化

　　針對(duì)這是否是在國(guó)際上首次實(shí)驗(yàn)獲得二維金屬，專家表示，盡管過去實(shí)驗(yàn)中觀察到了一些非常薄的金屬材料，但橫向尺寸面積很小，從納米材料的定義來看，這些材料應(yīng)該算零維，而不是二維材料。以前小尺寸的薄層金屬，是非常不穩(wěn)定的。這次是首次實(shí)現(xiàn)大面積二維金屬材料的制備，首次實(shí)現(xiàn)了環(huán)境穩(wěn)定的二維材料，一年沒有任何性能退化。

　　對(duì)此，國(guó)際審稿人一致給予高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為該工作：“開創(chuàng)了二維金屬這一重要研究領(lǐng)域”；“代表二維材料研究領(lǐng)域的一個(gè)重大進(jìn)展”。

　　有望衍生宏觀量子現(xiàn)象 促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步

　　對(duì)于此次二維金屬研究進(jìn)展，中國(guó)科學(xué)院物理研究所特聘研究員杜羅軍說，原子極限厚度二維金屬的實(shí)現(xiàn)，不僅超越當(dāng)前二維范德華層狀材料體系，補(bǔ)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(xiàn)象，促進(jìn)理論、實(shí)驗(yàn)和技術(shù)的進(jìn)步。二維金屬不僅為理論提供了一個(gè)理想的量子受限模型體系，也是實(shí)驗(yàn)探索量子霍爾效應(yīng)、二維超流/超導(dǎo)、拓?fù)湎嘧兊鹊慕^佳載體。

　　二維金屬除能夠繼續(xù)研究探索制造各種器件，還可以用于超微型低功耗晶體管、高頻器件、透明顯示、超靈敏探測(cè)、極致高效催化等貼近人們生活的應(yīng)用。中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員張廣宇表示，范德華擠壓技術(shù)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(jí)制造方案，為各種新興的量子、電子和光子器件應(yīng)用勾勒出美好愿景。

　　“二維金屬”Q&A

　　Q 原子級(jí)制造是什么?

　　A 原子級(jí)制造是在原子尺度上去進(jìn)行加工，構(gòu)筑原子級(jí)細(xì)銳、精準(zhǔn)、完美而且具備超常規(guī)物性的產(chǎn)品。從實(shí)現(xiàn)形式上，可以是以原子級(jí)精度進(jìn)行“去除”加工，也可以是以原子級(jí)精度進(jìn)行“增材”制造。

　　Q 如何形象地理解范德華擠壓?

　　A 范德華擠壓和通俗理解的兩個(gè)平面對(duì)頂擠壓是一樣的，只是采用的壓砧為原子級(jí)平整且無懸掛鍵的范德華材料，這是實(shí)現(xiàn)二維金屬的核心技巧之一。人們通俗理解的兩個(gè)平面比如玻璃、金剛石雖然看起來很平，但是原子尺度是很粗糙的，要制備二維金屬，必須用原子級(jí)平整的材料來壓。

　　Q 如何理解范德華擠壓屬于原子級(jí)制造?

　　A 范德華擠壓簡(jiǎn)單看名字不屬于原子級(jí)操控，但科學(xué)家從目前實(shí)現(xiàn)的結(jié)果來看，能夠通過調(diào)控參數(shù)原子級(jí)精準(zhǔn)地控制二維金屬的厚度，實(shí)現(xiàn)單層、雙層、三層，可以算原子級(jí)制造。

　　Q 二維材料有哪些分類?二維金屬還有什么應(yīng)用?

　　A 二維材料可分為二維層狀材料和二維非層狀材料，原子極限厚度下二維金屬的實(shí)現(xiàn)超越當(dāng)前二維層狀材料體系。二維金屬還可以用于超微型低功耗晶體管、高頻器件、柔性顯示、超靈敏探測(cè)、極致高效催化等領(lǐng)域。

　　話你知 | 二維金屬

　　我們生活中所見的各種金屬，具有長(zhǎng)、寬、高等三個(gè)維度，屬于三維金屬。如果金屬高度降低至只有一個(gè)或者幾個(gè)原子層厚度，這時(shí)高度維度可忽略，只有長(zhǎng)和寬兩個(gè)維度，那就是二維金屬。金屬由于每個(gè)原子在任意方向均和周圍原子有強(qiáng)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，極具挑戰(zhàn)性。