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中国新材料突破 造出“二维金属”

时间:2025-03-14 作者:小编 点击数:

  图:中国科学院物理研究所研究员张广宇(左二)与研究团队成员进行讨论。\视频截图

  神话传说中“重塑金身”的故事流传已久,如同《哪咤2》电影中哪咤以莲藕重塑肉身,现代科学家们也在执著探索一个极为相似的课题,给材料“重塑金身”,引领材料创新产业革命。近期,中国科学院物理研究所的科研团队,成功为金属“重塑金身”,实现了厚度仅为头发丝直径的二十万分之一的单原子层金属,将三维的金属“降维”到二维,有望开创二维金属研究新领域。“原子极限厚度的二维金属有望推动下一阶段文明的发展,带来超微型低功耗晶体管、高频器件、透明显示、超灵敏探测、极致高效催化等众多领域的技术革新”,中国科学院物理研究所研究员张广宇说。\大公报记者 刘凝哲北京报道

  前述中国科学院物理研究所的科研成果,近期以“埃米厚度极限二维金属的实现”为题发表在国际学术期刊《自然》上。张广宇表示,我们生活中所见的各种金属,具有长、宽、高等三个维度,属于三维金属。如果金属高度降低至只有一个或者几个原子层厚度(也就是头发丝直径20万分之一量级),这时高度维度可忽略,只有长和宽两个维度,那就是二维金属。

  专家介绍,自2004年单层石墨烯发现以来,二维材料极大颠覆了人类对材料的原有认知,并引领了凝聚态物理、材料科学等领域的系列突破性进展,开创了基础研究和技术创新的二维新纪元。金属由于每个原子在任意方向均和周围原子有强的金属键相互作用(类似压缩饼干),要想将其重塑为原子极限厚度的二维金属,就好比从压缩饼干中剥出像千层饼那样完整的一层来一样,是极具挑战性的。

  二维金属环境稳定性良好

  面对如何获得二维金属的挑战,最近张广宇带领团队发展了原子级制造的范德华挤压技术,通过将金属熔化并利用团队前期制备的高质量单层MoS2范德华压砧挤压,实现了原子极限厚度下各种二维金属的普适制备。

  范德华挤压制备的二维金属上下均被单层MoS2所封装,具有非常好的环境稳定性和非成键的界面,有利于器件制备以探测二维金属的本征特性。这些二维金属的厚度仅仅是一张A4纸的百万分之一,是一根头发丝直径的二十万分之一。如果把一块边长3米的金属块压成单原子层厚,将可以铺满整个北京市的地面。

  首次实现大面积制备 性能无退化

  针对这是否是在国际上首次实验获得二维金属,专家表示,尽管过去实验中观察到了一些非常薄的金属材料,但横向尺寸面积很小,从纳米材料的定义来看,这些材料应该算零维,而不是二维材料。以前小尺寸的薄层金属,是非常不稳定的。这次是首次实现大面积二维金属材料的制备,首次实现了环境稳定的二维材料,一年没有任何性能退化。

  对此,国际审稿人一致给予高度评价,认为该工作:“开创了二维金属这一重要研究领域”;“代表二维材料研究领域的一个重大进展”。

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