范德华挤压技术实现二维金属的普适制备

摘要：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

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，还有望演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。

针对挑战，最近中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心N07课题组提出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，包括铋 (Bi, 6.3 Å)、锡 (Sn, 5.8 Å)、铅 (Pb, 7.5 Å)、铟 (In, 8.4 Å) 和镓 (Ga, 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1年的测试中无性能退化）和非成键的界面，有利于器件制备以探索二维金属的本征特�电学��学测量表明，单层�电导率��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~9.0×106 S/m，比块体铋的室温电导率（~7.8×105 S/m）高一个数量级以上。并且，单层铋展现出明显的P型电场效应�电阻��阻可被栅电压调控达35%（块体金属通常小于1%），为低功耗全�晶体管��管和高频器件阐明了可能。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�自旋��旋特性提供了的可能。

图1.范德华挤压技术普适制备埃米极限厚度二维金属

这一工作是原子级制造的一个成功案例。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（opens an important research field on isolated 2D metals）；“代表二维材料研究领域的一个重大进展（represents a major advance in the study of 2D materials）”。本工作发展的范德华挤压技术为二维金�合金��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�量子��子、电子和光子器件勾勒出美好的愿景。

相关研究成果以“Realization of 2D metals at the ångström thicklimitlimit”为题发表在Nature。中国科学院物理研究所N07课题组赵交交博士（已毕业）为该论�第一作者��者，杜罗军特聘研究�张广宇��宇研究员为该论文的通讯作者。本研究工作获得来自中国科学院物理研�杜世萱��萱研究员，潘金波副研究员和李佩璇博士等的合作和理论计算支持。得到了科技部重点研发计划、�自然科学基金委��广东省��省基础与应用基础研究重大项�中国科学院��科研项目��目的资助支持。

本文2025年3月17日发表于微信公��中科院物理所��所（范德华挤压技术实现二维金属的普适制备 | 进展），风云之声获授权转载。