我國科學家成功制備單原子層金屬開創(chuàng)二維金屬研究新領(lǐng)域

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2025-03-14 08:08:22 IT之家

中國科學院物理研究所近期成功研制出厚度僅為頭發(fā)絲直徑二十萬分之一的單原子層金屬。這是國際上首次實現(xiàn)大面積二維金屬材料的制備，開創(chuàng)了二維金屬研究的新領(lǐng)域。這種材料未來可以為超微型低功耗晶體管、透明顯示等領(lǐng)域帶來技術(shù)革新。該科研成果于北京時間3月13日在國際學術(shù)期刊《自然》發(fā)表。

自2004年單層石墨烯發(fā)現(xiàn)以來，二維材料引領(lǐng)了凝聚態(tài)物理、材料科學等領(lǐng)域的突破性進展，并開創(chuàng)了基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新的二維新紀元。目前實驗可獲得的二維材料達數(shù)百種，理論預測的近2000種。然而，這些二維材料基本上局限在范德華層狀材料體系。

中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心N07課題組最近提出原子級制造的范德華擠壓技術(shù)，通過將金屬熔化并利用團隊前期制備的高質(zhì)量單層MoS2范德華壓砧擠壓，實現(xiàn)了埃米極限厚度下各種二維金屬的普適制備，包括鉍（6.3 ?）、錫（5.8 ?）、鉛（7.5 ?）、銦（8.4 ?）和鎵（9.2 ?）。

范德華擠壓制備的二維金屬上下均被單層MoS2所封裝，因此具有非常好的環(huán)境穩(wěn)定性，在超過一年的測試中無性能退化，且非成鍵的界面有利于器件制備以探索二維金屬的本征特性。電學測量表明，單層鉍的電導率隨著溫度的降低近線性增加，表現(xiàn)出經(jīng)典金屬行為，室溫電導率可達約9.0×10^6 S/m，比塊體鉍的室溫電導率（約7.8×10^5 S/m）高一個數(shù)量級以上。

單層鉍還展現(xiàn)出明顯的P型電場效應，其電阻可被柵電壓調(diào)控達35%（塊體金屬通常小于1%），為低功耗全金屬晶體管和高頻器件提供了可能性。此外，范德華擠壓技術(shù)還能以原子精度控制二維金屬的厚度，即單層、雙層或三層，為揭示以前難以企及的新奇層贗自旋特性提供了可能。

相關(guān)研究成果以“Realization of 2D metals at the ?ngstr?m thickness limit”為題發(fā)表在國際學術(shù)期刊《自然》。趙交交博士（已畢業(yè)）為該論文的第一作者，杜羅軍特聘研究員和張廣宇研究員為通訊作者。本研究工作得到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委、廣東省基礎(chǔ)與應用基礎(chǔ)研究重大項目和中國科學院等科研項目的資助支持。

(責任編輯：于浩淙 zx0176)

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