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二維金屬材料制備過程示意動畫。來源：中國科學院物理研究所

人民網(wǎng)北京3月13日電 （記者趙竹青）在我國神話傳說中，哪吒以蓮藕重塑肉身的故事家喻戶曉，而如今，中國科學家正以另一種方式演繹著“重塑金身”的現(xiàn)代傳奇。近期，中國科學院物理研究所的科研團隊，成功為金屬材料“重塑金身”，實現(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，為人類探索物質(zhì)世界打開了全新維度。

相關(guān)研究成果以《埃米厚度極限二維金屬的實現(xiàn)》為題發(fā)表在國際學術(shù)期刊《自然》。國際審稿人一致給予高度評價，認為該工作“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)域的一個重大進展”。

在近一個世紀的時間里，學界曾普遍認為二維材料是不存在的，自2004年單層石墨烯發(fā)現(xiàn)以來（該研究于2010年獲得諾貝爾物理學獎），二維材料極大顛覆了人類對材料的原有認知，并引領(lǐng)了凝聚態(tài)物理、材料科學等領(lǐng)域的系列突破性進展，開創(chuàng)了基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)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(shù)百種，理論預測的更是近2000種。這些二維材料局限在層狀材料體系，層狀材料類似千層餅結(jié)構(gòu)，很容易剝出完美一層?？v觀整個材料數(shù)據(jù)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，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?zāi)菢油暾囊粚觼硪粯樱菢O具挑戰(zhàn)性的。

面對如何獲得二維金屬的挑戰(zhàn)，最近中國科學院物理研究所張廣宇研究員帶領(lǐng)團隊發(fā)展了原子級制造的范德華擠壓技術(shù)，實現(xiàn)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(fā)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。

“原子極限厚度二維金屬的實現(xiàn)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(xiàn)象，促進理論、實驗和技術(shù)的進步?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡摺⒅袊茖W院物理研究所特聘研究員杜羅軍說。

“就像三維金屬引領(lǐng)了人類文明的銅器、青銅和鐵器時代，原子極限厚度二維金屬有望推動下一階段文明的發(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、極致高效催化等眾多領(lǐng)域的技術(shù)革新。此外，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?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡摺⒅袊茖W院物理研究所研究員張廣宇說。