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”，實現了厚度僅為頭發絲直徑的二十萬分之一的單原子層金屬，為人類探索物質世界打開了全新維度。
相關研究成果以《埃米厚度極限二維金屬的實現》為題發表在國際學術期刊《自然》。國際審稿人一致給予高度評價，認為該工作“開創了二維金屬這一重要研究領域”“代表二維材料研究領域的一個重大進展”。
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年單層石墨烯發現以來(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，并引領了凝聚態物理、材料科學等領域的系列突破性進展，開創了基礎研究和技術創新的二維新紀元。
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構，很容易剝出完美一層。縱觀整個材料數據庫，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那樣完整的一層來一樣，是極具挑戰性的。
面對如何獲得二維金屬的挑戰，最近中國科學院物理研究所張廣宇研究員帶領團隊發展了原子級制造的范德華擠壓技術，實現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象，促進理論、實驗和技術的進步。”論文共同通訊作者、中國科學院物理研究所特聘研究員杜羅軍說。
“就像三維金屬引領了人類文明的銅器、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域的技術革新。此外，范德華擠壓技術為二維金屬合金、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、電子和光子器件應用勾勒出美好愿景。”論文共同通訊作者、中國科學院物理研究所研究員張廣宇說。
責任編輯：陸迪
