人類科技的發(fā)展，離不開材料科學(xué)的進(jìn)步，在進(jìn)入了21世紀(jì)之后，在此研究領(lǐng)域最引人注目的，應(yīng)該就是二維材料了。近日一個(gè)好消息傳來(lái)，一項(xiàng)發(fā)表在《自然》上的研究顯示，中國(guó)科學(xué)家造出二維金屬，其厚度僅為頭發(fā)絲直徑的20萬(wàn)分之1左右，下面我們來(lái)看看這具體是怎么回事。

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簡(jiǎn)單來(lái)講，二維材料的全稱為“二維原子晶體材料”，其單層原子構(gòu)造，可以讓像電子這樣的載流子只能在兩個(gè)維度上自由運(yùn)動(dòng)（非納米尺度），使得它們展現(xiàn)出許多獨(dú)特的性質(zhì)，并因此在理論研究和實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域都具備了很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

人類對(duì)二維材料的研究可追溯到2004年，在那個(gè)時(shí)候，一個(gè)來(lái)自曼徹斯特大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)成功分離出單原子層的石墨材料——石墨烯（graphene）。在此之后，隨著研究的深入，其他的二維材料又陸續(xù)被分離出來(lái)，例如氮化硼（BN）、二硫化鉬（MoS2）、二硫化鎢（WS2）、二硒化鉬（MoSe2）、二硒化鎢（WSe2）等等。

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（石墨烯微觀結(jié)構(gòu)）

在過(guò)去的日子里，科學(xué)家們已成功制造出了幾百種二維材料，卻遲遲無(wú)法造出二維金屬材料，為什么呢？原因就是，單質(zhì)金屬中的原子在各個(gè)方向上都通過(guò)強(qiáng)大的金屬鍵相互連接，這使得想要從其中分離出一層原子級(jí)厚度的二維材料，難度極大。

實(shí)際上，此次研究正是攻克了這一難題，該研究來(lái)自中國(guó)科學(xué)院物理研究所的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)，在研究工作中，科學(xué)家開發(fā)出一種范德華擠壓技術(shù)，其原理簡(jiǎn)單來(lái)講就是，通過(guò)將熔化的金屬夾在兩塊剛性范德華壓砧之間，實(shí)現(xiàn)原子級(jí)厚度的二維金屬的制備。

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（圖片來(lái)自中國(guó)科學(xué)院物理研究所科研團(tuán)隊(duì)）

根據(jù)介紹，這種壓砧由單層二硫化鉬材料和藍(lán)寶石基底構(gòu)成，其中二硫化鉬層不僅為二維金屬提供了一個(gè)原子級(jí)平整的表面，而且還可以承受極高的壓力，從而具備了將金屬壓制到原子級(jí)厚度的能力。

利用這項(xiàng)技術(shù)，科學(xué)家成功地制造出了鉍（Bi）、錫（Sn）、鉛（Pb）、銦（In）、鎵（Ga）等多種二維金屬，其厚度分別為6.3、5.8、7.5、8.4、9.2埃米，大概僅為我們頭發(fā)絲直徑的20萬(wàn)分之1左右，不得不說(shuō)，這實(shí)在是太厲害了。

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（圖片來(lái)自中國(guó)科學(xué)院物理研究所科研團(tuán)隊(duì)）

研究結(jié)果表明，這些二維金屬的電學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能呈現(xiàn)出許多新的特性，例如實(shí)驗(yàn)中單層鉍顯示出了顯著增強(qiáng)的電導(dǎo)率和場(chǎng)效應(yīng)、非線性霍爾電導(dǎo)率等特性，這些都是傳統(tǒng)金屬材料所不具備的。

而通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)制造出的二維金屬，其實(shí)是被兩層二硫化鉬單原子層封裝起來(lái)的，這使得它們?cè)诃h(huán)境中非常穩(wěn)定，且具備非成鍵的界面，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這些二維金屬在實(shí)驗(yàn)中經(jīng)過(guò)超過(guò)一年的測(cè)試，其性能也沒有出現(xiàn)退化。

引人注目的是，這項(xiàng)技術(shù)還有一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)，那就是可以精準(zhǔn)控制二維金屬的層次，具體點(diǎn)講就是通過(guò)調(diào)整擠壓的壓力，控制制備出的二維金屬的層數(shù)，從而進(jìn)一步調(diào)節(jié)其電子、光學(xué)等性質(zhì)。這使得這項(xiàng)技術(shù)不僅適用于單層材料的制備，也能夠在多層二維金屬的研究中發(fā)揮作用。

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（圖片來(lái)自中國(guó)科學(xué)院物理研究所科研團(tuán)隊(duì)）

科學(xué)家表示，二維金屬的成功制備，是材料科學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大的突破，這項(xiàng)新技術(shù)除了極大地?cái)U(kuò)展了二維材料的研究領(lǐng)域之外，還為新型量子計(jì)算、光電子學(xué)、能源技術(shù)等眾多領(lǐng)域提供了新的探索方向，因此我們有理由相信，隨著技術(shù)的不斷成熟，二維金屬將在未來(lái)成為眾多技術(shù)革新的重要推動(dòng)力。

參考資料：Realization of 2D metals at the angstrom thickness limit，Nature volume 639, pages 354–359 (2025)，doi.org/10.1038/s41586-025-08711-x