厚度仅为头发丝直径20万分之一的单原子层金属，在中国科学院物理研究所研究员张广宇团队手中诞生，为金属“重塑金身”。3月13日，相关研究成果在《自然》发表，该成果在国际上首次实现大面积二维金属材料制备，有望开创二维金属研究新领域。

二维金属材料制备过程

近一个世纪以来，人们普遍认为二维材料是不存在的，直至2004年单层石墨烯被发现，二维材料极大颠覆了人类对材料的原有认知，引领了凝聚态物理、材料科学等领域的系列突破性进展。此后，二维材料家族迅速扩大，目前实验可获得的二维材料就达数百种，通过理论预测的更是接近2000种。

目前比较容易获得的二维材料局限在层状材料体系。它的三维母体原子层通过弱的范德华力相连，人们可以通过“剥千层饼”的方式，取下一层原子获得二维单层材料，用胶带“撕”出单层石墨烯就是典型代表。但事实上，层状材料并不多见，在材料数据库中，非层状材料占比超过97.5%。例如生活中随处可见的金属，它的原子在任意方向均与周围原子有金属键的强相互作用，整体像一块致密的压缩饼干，要将它重塑为原子极限厚度的二维金属，极具挑战。

为了完成这个精细活儿，张广宇团队发展了原子级制造的范德华挤压技术。他们先制备一块达到原子级平整度的“砧板”——高质量单层二硫化钼（MoS2）范德华压砧，再用它挤压熔化的金属，一片厚度仅为头发丝直径20万分之一的二维金属便诞生了。张广宇表示，这意味着，如果把一块边长3米的金属块压成单原子层厚度，可以铺满整个北京市的地面。

这项技术能实现原子极限厚度下各种二维金属的普适制备，铋、锡、铅、铟、镓等金属，都通过这种方式被“压”成了二维。它能以原子精度控制二维金属的厚度，根据需要制备单层、双层或三层二维金属。

单层二硫化钼封装的单层金属铋

经过MoS2封装的二维金属很稳定，在超过1年的实验测试中没有性能退化，有利于器件制备以探测二维金属的本征特性。以单层铋为例，它比块体铋的室温电导率高一个数量级以上，并展现出明显的P型电场效应，为低功耗全金属晶体管和高频器件提供了新思路。

国际审稿人对该工作一致给予高度评价，认为它“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”。

中国科学院物理研究所特聘研究员杜罗军表示，原子极限厚度二维金属的实现，有望衍生出各种宏观量子现象，促进理论、实验和技术的进步。它不仅为理论提供了一个理想的量子受限模型体系，也是实验探索量子霍尔效应、二维超流和超导、拓扑相变等的绝佳载体。

“三维金属引领了人类文明的铜器、青铜和铁器时代，而原子极限厚度的二维金属，有望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。”张广宇说，范德华挤压技术还为二维金属合金、非晶和其他二维非层状材料开辟了有效原子级制造方案，为各种新兴的量子、电子和光子器件应用勾勒出美好愿景。