我国科学家成功制备单原子层金属开创二维金属研究新领域

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2025-03-14 08:08:22 IT之家

中国科学院物理研究所近期成功研制出厚度仅为头发丝直径二十万分之一的单原子层金属。这是国际上首次实现大面积二维金属材料的制备，开创了二维金属研究的新领域。这种材料未来可以为超微型低功耗晶体管、透明显示等领域带来技术革新。该科研成果于北京时间3月13日在国际学术期刊《自然》发表。

自2004年单层石墨烯发现以来，二维材料引领了凝聚态物理、材料科学等领域的突破性进展，并开创了基础研究和技术创新的二维新纪元。目前实验可获得的二维材料达数百种，理论预测的近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。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心N07课题组最近提出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，包括铋（6.3 Å）、锡（5.8 Å）、铅（7.5 Å）、铟（8.4 Å）和镓（9.2 Å）。

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，在超过一年的测试中无性能退化，且非成键的界面有利于器件制备以探索二维金属的本征特性。电学测量表明，单层铋的电导率随着温度的降低近线性增加，表现出经典金属行为，室温电导率可达约9.0×10^6 S/m，比块体铋的室温电导率（约7.8×10^5 S/m）高一个数量级以上。

单层铋还展现出明显的P型电场效应，其电阻可被栅电压调控达35%（块体金属通常小于1%），为低功耗全金属晶体管和高频器件提供了可能性。此外，范德华挤压技术还能以原子精度控制二维金属的厚度，即单层、双层或三层，为揭示以前难以企及的新奇层赝自旋特性提供了可能。

相关研究成果以“Realization of 2D metals at the ångström thickness limit”为题发表在国际学术期刊《自然》。赵交交博士（已毕业）为该论文的第一作者，杜罗军特聘研究员和张广宇研究员为通讯作者。本研究工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、广东省基础与应用基础研究重大项目和中国科学院等科研项目的资助支持。

(责任编辑：于浩淙 zx0176)

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