二維金屬的降維打擊

二維金屬是指由單原子層構(gòu)成的具有優(yōu)良導(dǎo)電性、顯著場效應(yīng)的超薄平面金屬。

在日常生活中，金屬一般以特定的形狀出現(xiàn)在我們眼前。以最常見的鐵塊舉例，它具有一定的長度、寬度、高度。像這樣在三維空間中呈現(xiàn)特定立體構(gòu)型的金屬，我們可以稱之為“三維金屬”。在此基礎(chǔ)上，假設(shè)我們用一把厚度無限小的“分子刀”在鐵塊的底部切一刀，使其厚度僅為一個原子，就像刀工精湛的廚師切肉片一樣，這樣厚度可以忽略不計的埃米級平面金屬就可以被稱為“二維金屬”。

2025年3月13日，中國科學(xué)院物理研究所的研究團隊在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表了成功制備二維金屬的研究成果，在國際上首次實現(xiàn)大面積二維金屬材料制備，有望開創(chuàng)二維金屬研究新領(lǐng)域。其厚度僅為一張A4紙的百萬分之一，是一根頭發(fā)絲直徑的二十萬分之一。理論上，把一塊邊長3米的金屬塊制作成二維金屬，將可以鋪滿整個北京市的地面。

二維金屬作為“二維材料”家族中的新成員，將拓展人類對材料的新認識。自2004年曼徹斯特大學(xué)的科研小組成功分離出單原子層的石墨材料——石墨烯，從此“二維材料”一詞開始出現(xiàn)在人們的視野中，并逐漸顛覆了人們對材料的認知。這個科研小組從高定向熱解石墨中剝離出石墨片，然后用一種特殊的膠帶粘在石墨片上，撕開膠帶就能將石墨層分開，這樣不斷操作，最終就能得到由單層碳原子構(gòu)成的薄片，也就是石墨烯。石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)特性，能用于制造碳納米管、富勒烯等新型材料。由此推斷二維金屬一定在某些物理、化學(xué)性質(zhì)上具有特殊的優(yōu)勢。

然而，不同層之間的金屬原子依靠像502膠水一樣牢固的金屬鍵緊緊地粘在一起，想要把它們分開并形成單層原子，簡直比把一張紙巾水平切成一萬層還要難得多。就算分開了，如此脆弱的金屬也會很快被氧化，從而失去某些優(yōu)良性質(zhì)。

面對挑戰(zhàn)，研究團隊并沒有選擇放棄，而是開發(fā)了一種原子級的制造新方法——范德華擠壓技術(shù)。在制造過程中，研究團隊首先將一塊金屬鉍放在二硫化鉬底砧上，在280℃的高溫下熔化成液滴狀，接著利用范德華擠壓技術(shù)對金屬液滴施壓，幾小時后就得到了二維金屬鉍。借助光學(xué)顯微鏡，研究團隊能夠看到放大到1 000倍后的金屬鉍，它被單層硫化鉬封裝，顏色較深，中間夾著一層金屬鉍樣品，就像夾心餅干一樣。

利用新技術(shù)制成的二維金屬鉍具有極佳的導(dǎo)電性能。研究團隊透露，其實2年前他們就成功獲得了樣品，但經(jīng)過慎重考慮，他們決定每隔一段時間對二維金屬鉍進行性能測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，樣品的導(dǎo)電性比塊狀的金屬鉍還要高一個數(shù)量級，這就使它有望被制造成擁有極強導(dǎo)電性能的材料，并制成探索量子霍爾效應(yīng)、二維超流或超導(dǎo)、拓撲相變等的絕佳載體。不僅如此，二維金屬鉍還能用于小型化器件（如芯片）的制造，在量子信息處理、存儲，以及超靈敏探測方面大放異彩。

當(dāng)二維金屬的應(yīng)用成為現(xiàn)實，人類文明或?qū)⑦M入下一階段。屆時，6G網(wǎng)絡(luò)將會邁入大眾的日常生活；可以貼在皮膚上的健康監(jiān)測器能夠為我們的生命保駕護航；柔性顯示屏的時代不再遙不可及；納米級高性能、大規(guī)模的柔性集成電路將成為現(xiàn)實。而在這之前，仍需要科研工作者以及新一代青年的不懈奮斗，為前沿科技的發(fā)展貢獻一己之力。