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中國(guó)科學(xué)院物理研究所科研團(tuán)隊(duì)近期成功研制出厚度僅為頭發(fā)絲直徑的二十萬(wàn)分之一的單原子層金屬，這是國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)大面積二維金屬材料的制備，開(kāi)創(chuàng)了二維金屬研究新領(lǐng)域。這種材料未來(lái)可以為超微型低功耗晶體管、透明顯示等領(lǐng)域帶來(lái)技術(shù)革新。該科研成果于北京時(shí)間3月13日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。

在我們?nèi)粘Ｉ钪?，人們?jiàn)到的材料都是三維的，也就是具有一定長(zhǎng)度、寬度、高度，但如果把其中一個(gè)維度抹平，那就是二維材料。例如一本書(shū)就具有長(zhǎng)寬高，而二維材料就像是從這本書(shū)上單獨(dú)撕下來(lái)的一頁(yè)紙，看上去只有長(zhǎng)和寬，厚度在我們?nèi)庋劭磥?lái)幾乎為零。在科學(xué)界，真實(shí)的二維材料就是厚度為單個(gè)原子或者少數(shù)幾個(gè)原子的材料，一般厚度僅僅是一張A4紙的百萬(wàn)分之一。

如何把金屬材料也能做得這么薄呢？這在科學(xué)界極具挑戰(zhàn)性。中國(guó)科學(xué)院物理研究所張廣宇研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)展了原子級(jí)制造的范德華擠壓技術(shù)。這種技術(shù)采用的壓砧是原子級(jí)平整、表面無(wú)懸掛鍵的材料。科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)將金屬熔化并利用團(tuán)隊(duì)前期制備的高質(zhì)量單層二硫化鉬范德華壓砧擠壓，實(shí)現(xiàn)了原子極限厚度下鉍、錫、鉛等二維金屬的普適制備。二維金屬的實(shí)現(xiàn)超越了當(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。

范德華擠壓技術(shù)制備二維金屬的過(guò)程示意圖

在制備二維金屬的演示實(shí)驗(yàn)中，科研人員首先將一塊金屬幣在280℃的高溫下融化，之后采用團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)的范德華積壓技術(shù)給金屬施壓，經(jīng)過(guò)數(shù)小時(shí)后就得到了二維金屬。這整個(gè)過(guò)程都是在布勞恩手套箱中完成。

據(jù)了解，通過(guò)范德華擠壓技術(shù)制備的二維金屬上下均被單層二硫化鉬所封裝，具有非常好的環(huán)境穩(wěn)定性。這項(xiàng)研究成果有望開(kāi)創(chuàng)二維金屬研究的新領(lǐng)域，為超微型低功耗晶體管、高頻器件、透明顯示、超靈敏傳感探測(cè)、極致高效催化等眾多領(lǐng)域帶來(lái)技術(shù)革新。