一根头发丝的直径约0.05毫米,而中国科学家最新研制的二维金属,厚度仅为其二十万分之一,相当于单个原子的尺度。当中科院物理研究所张广宇团队将这一成果发表在《自然》期刊时,国际学界惊叹:人类终于为金属“重塑金身”,打开了材料科学的全新维度。
二维金属的制备曾是材料科学的“圣杯级”难题。我们日常接触的金属都是三维结构,原子间如同压缩饼干般紧密联结,而二维金属需将其剥离至仅一个或几个原子层的厚度,难度堪比从压缩饼干中完整剥出千层饼的薄皮。此前,石墨烯等二维材料因层状结构易剥离,而金属强金属键的特性让科学家屡屡碰壁。
团队独创的“范德华挤压技术”破解了这一困局。他们以原子级平整的单层二硫化钼为“压砧”,这种材料无悬挂键,不会与金属形成额外化学键,如同给金属打造了完美的“塑形模具”。通过精准控制温度使金属熔化,再利用范德华力均匀挤压,铋、锡、铅等多种金属被成功压制成埃米级薄片——最薄的锡仅5.8埃,相当于0.58纳米。
这份“薄”背后是颠覆性的特性。被二硫化钼封装的二维金属展现出超强稳定性,实验中放置超一年性能毫无退化。电学测试更令人惊喜:单层铋的室温电导率达9.0×10⁶ S/m,是块体铋的10倍以上;其电阻可通过栅压调控35%,而传统金属这一数值通常低于1%。这种可控性为低功耗晶体管研发提供了全新思路。
这一突破填补了二维材料家族的巨大空白。此前已知的二维材料多局限于层状体系,而占材料数据库97.5%的非层状材料如金属,始终无法实现二维化。如今,团队不仅首次制备出大面积二维金属,更能以原子精度控制其厚度,为研究量子霍尔效应、超导等现象提供了理想载体。
从实验室到产业界,二维金属的潜力正在绽放。在芯片领域,它能将器件尺寸缩小至3纳米以下,突破摩尔定律瓶颈;在显示技术中,其高透明度与柔性可催生折叠屏新形态;在能源领域,极致薄度让催化效率大幅提升。正如张广宇所言,三维金属引领了铜器、铁器时代,二维金属或将推动人类文明迈入新阶段。
当一块边长3米的金属块被压成单原子层,足以铺满整个北京城区。这不仅是尺度的奇迹,更是中国科学家以创新技术书写的传奇。在这场材料革命中,“中国智造”正以原子级精度,定义未来科技的新高度。