国内科学家首次实现二维金属普适制备

三月十三日，《自然》(Nature)中国科学院物理研究所/松山湖材料实验室研究员张广宇团队的最新研究成果在网上发表。在科技部重点R&D计划和国家自然科学基金的支持下，他们研发了范德华挤压技术的原子级制造，并首次实现了埃米极限厚度下各种二维金属的普遍制备。

国际审稿人一致对这项工作给予了高度评价:开拓了二维金属的重要研究领域;代表二维材料研究领域的重大突破。范德华在这项工作中开发的挤压技术为二维金属、合金和其他二维非范德华材料开辟了有效的原子级制造方案，有望为各种新的量子、电子和光子设备勾勒出美好的愿景。

自2004年单层石墨烯发现以来，二维材料在凝聚物理和材料科学方面取得了一系列突破，开启了基础研究和技术创新的二维新时代。在过去的20年里，二维材料家族迅速扩大。目前实验中可以获得数百种二维材料，理论预测近2000种。但这些二维材料基本上局限于范德华的一层材料体系。

原子薄极限的二维金属是近年来孜孜不倦的新型二维材料。它的实现不仅可以超越当前的二维范德华片层材料体系，拓宽二维材料家族，还可以衍生出各种宏观量子现象，促进理论、实验和技术的发展。然而，与范德华片层材料不同，金属是一种高度对称的非范德华材料，各向异性和强大的金属键对二维金属的制备具有挑战性。在过去的几年里，我们做了很多努力来实现二维金属，但我们没有在原子薄的极限下实现大尺寸和本质的二维金属。

有鉴于此，研究小组开发了原子级制造的范德华挤压技术。通过对团队前期准备的优质单层MoS2范德华进行金属熔化和挤压，完成了埃米极限厚度下各种二维金属的普遍制备，包括 (Bi, 6.3Å)、锡 (Sn, 5.8Å)、铅 (Pb, 7.5Å)、铟 (In, 8.4Å) 和镓 (Ga, 9.2 Å)。范德华挤压制备的二维金属包装在单层MoS2上下，因此具有良好的环境稳定性(在超过一年的测试中没有性能下降)和非按键页面，有利于通过设备制备探索二维金属的特性。

电气测量表明，随着温度的降低，单层的电导率呈现出经典的金属行为，室温电导率可达~9.0。×106 S/m，与块状材料相比，室温电导率(～7.8×105 S/m)高一个数量级以上。此外，单层钢筋表现出明显的P型电场效应，其电阻可以通过网格电压控制到35%(块状金属一般小于1%)，从而为低功耗全金属晶体管和高频器件的制备说明了可行性。此外，范德华挤压技术还可以通过原子精度控制二维金属厚度(即单层、两层或三层)，为揭示之前无法企及的新奇层的自我旋转特性提供了可能性。

“这项研究是原子级制造的经典案例。通过使用两个相对的ML-MoS2/蓝宝石案例，我们展示了一个简单、有效、通用的vdW挤压路线，可以在原子薄的极限下实现2D金属。”共同通信作者张广宇表示，这项工作为实现二维金属、合金和其他二维非范德华材料的有效途径，为研究新的量子、电子和光子现象建立了多功能材料平台。