中國青年報(bào)客戶端訊（中青報(bào)·中青網(wǎng)記者張渺）近日，中國科學(xué)院物理研究所研究員張廣宇帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，制備了厚度僅為頭發(fā)絲直徑的二十萬分之一的單原子層金屬，有望開創(chuàng)二維金屬研究新領(lǐng)域。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》。
“就像三維金屬引領(lǐng)了人類文明的銅器、青銅和鐵器時(shí)代，原子極限厚度的二維金屬有望推動(dòng)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(jí)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。”論文共同通訊作者、中國科學(xué)院物理研究所研究員張廣宇說。
近一個(gè)世紀(jì)以來，研究者曾普遍認(rèn)為二維材料是不存在的。自2004年單層石墨烯發(fā)現(xiàn)以來，二維材料極大顛覆了人類對(duì)材料的原有認(rèn)知，并引領(lǐng)了凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)等領(lǐng)域的系列突破性進(jìn)展，開創(chuàng)了基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新的二維新紀(jì)元。在過去20年中，二維材料家族迅速擴(kuò)大，目前實(shí)驗(yàn)可獲得的二維材料達(dá)數(shù)百種，理論預(yù)測的更是近2000種。然而，這些二維材料局限在層狀材料體系，其三維母體的原子層通過弱的范德華力相連，可通過機(jī)械剝離等方式來獲得二維單層。而金屬與層狀材料不同，由于每個(gè)原子在任意方向均和周圍原子有強(qiáng)的金屬鍵相互作用，要想將其重塑為原子極限厚度的二維金屬，就像從壓縮餅干中剝出像千層餅?zāi)菢油暾囊粚觼?，極具挑戰(zhàn)性。
如何獲得二維金屬？面對(duì)這一挑戰(zhàn)，中國科學(xué)院物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了原子級(jí)制造的范德華擠壓技術(shù)，通過將金屬熔化并利用團(tuán)隊(duì)前期制備的高質(zhì)量單層MoS2范德華壓砧擠壓，實(shí)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(gè)北京市的地面。
二維金屬材料制備過程。中國科學(xué)院物理研究所供圖
“原子極限厚度二維金屬的實(shí)現(xiàn)不僅超越當(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，還有望衍生出各種宏觀量子現(xiàn)象，促進(jìn)理論、實(shí)驗(yàn)和技術(shù)的進(jìn)步。如二維金屬不僅為理論提供了一個(gè)理想的量子受限模型體系，也是實(shí)驗(yàn)探索量子霍爾效應(yīng)、二維超流／超導(dǎo)、拓?fù)湎嘧兊鹊慕^佳載體。”論文共同通訊作者、中國科學(xué)院物理研究所特聘研究員杜羅軍說。
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