高科技
原子级超薄：中国科学家制造出二维金属
研究团队开发出“范德华挤压”技术，成功制造原子级超薄二维金属，为新型电子、量子和光学器件打开无限可能。
自2004年石墨烯问世以来，二维材料领域发展迅猛，推动了基础研究和技术创新。然而，尽管理论上已预测近2000种二维材料，并在实验室中制造出数百种，大多数仍局限于范德华层状晶体。
科学家一直希望突破这一限制，研制原子级超薄的二维金属，以拓展二维材料家族，并探索全新的物理现象与器件结构。然而，尽管近年来尝试不断，大规模、无缺陷的二维金属始终未能实现。
如今，中国科学院物理研究所的研究人员开发出了一种通用、便捷的原子级制造技术——“范德华挤压”，成功制备出极限厚度的二维金属。这一研究近期发表在《自然》上。
该方法通过在高压下将纯金属熔融并挤压在两片刚性范德华砧座之间，实现了铋(~6.3 Å)、锡(~5.8 Å)、铅(~7.5 Å)、铟(~8.4 Å)和镓(~9.2 Å)等多种二维金属的制备。
研究团队使用的范德华砧座是生长在蓝宝石上的单层二硫化钼(MoS₂)晶体。这一设计具有两大优势：首先，MoS₂/蓝宝石的原子级平坦表面无悬挂键，确保了大面积二维金属的均匀厚度；其次，蓝宝石和单层MoS₂都具有极高的杨氏模量(>300 GPa)，可承受极端压力，使金属层厚度逼近埃级极限。
为了确保稳定性，研究人员采用双层MoS₂完全封装二维金属，不仅使其在环境中保持稳定，还避免了与外界形成化学键。这一设计使得科学家能够深入研究其本征电学和光学特性。
实验数据显示，单层铋表现出卓越的物理性质，包括显著增强的电导率、强场效应(p型)、非线性霍尔效应，以及新颖的声子模式。这些特性为未来高性能电子器件和量子材料研究提供了全新可能。
此外，“范德华挤压”技术还能通过调节挤压力，精准控制二维金属的厚度，实现单层、双层甚至三层结构。这一突破为研究二维金属的层依赖特性提供了前所未有的机会。
论文通讯作者张广宇教授表示，这项技术不仅适用于二维金属，还可用于制备二维金属合金、非晶态材料及其他非范德华二维化合物。他认为，这一成果为新兴的量子器件、电子器件和光子器件奠定了基础，未来的发展空间巨大。
