中国科学院物理研究所与松山湖材料实验室联合研究团队首次实现二维金属的普适制备
东莞+ 2025-03-14 17:50:09

3月13日,《自然》(Nature)在线刊发了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最新研究成果。他们在科技部重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助下,研究开发了原子级制造的范德华挤压技术,首次实现了埃米极限厚度下各种二维金属的普适制备。

国际审稿人一致给予该工作极高评价: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。该工作发展的范德华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原子级制造方案,有望为各种新兴的量子、电子和光子器件勾勒出美好的愿景。

自2004年单层石墨烯发现以来,二维材料引领了凝聚态物理、材料科学等领域的系列突破性进展,并开创了基础研究和技术创新的二维新纪元。在过去20年中,二维材料家族迅速扩大,目前实验可获得的二维材料达数百种,理论预测的更是近2000种。然而,这些二维材料基本上局限在范德华层状材料体系。

原子薄极限的二维金属是近年来孜孜以求的新兴二维材料,它的实现不仅可以超越当前二维范德华层状材料体系,拓宽二维材料家族,还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。但不同于范德华层状材料,金属是高度对称的非范德华材料,各向同性且强的金属键导致二维金属的制备极具挑战。在过去几年中,人们为实现二维金属进行了大量努力,但未能在原子薄极限下实现大尺寸和本征的二维金属。

鉴于此,研究团队开发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,实现了埃米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,因此具有非常好的环境稳定性(在超1年的测试中无性能退化)和非成键的界面,有利于通过器件制备来探索二维金属的本征特性。

文字:资深记者 张华桥 图片:松山湖材料实验室供图 编辑:李世英