中新網(wǎng)北京12月17日電 (記者 孫自法)中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心張廣宇團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的“首例二維金屬制備”成果，入選英國物理學(xué)會主辦的《物理世界》近日正式公布的“2025年度十大科學(xué)突破”榜單，這一通過獨(dú)創(chuàng)技術(shù)成功獲得5種二維金屬、填補(bǔ)材料科學(xué)空白的重要研究，也是本年度唯一入選該榜單的中國成果。
《物理世界》公布“2025年度十大科學(xué)突破”。中國科學(xué)院物理研究所 供圖中國科學(xué)院物理研究所12月17日向媒體通報(bào)說，自2004年石墨烯被發(fā)現(xiàn)并開啟二維新紀(jì)元以來，全球科學(xué)家已制備出數(shù)百種二維材料，理論預(yù)測更是接近2000種，但這些材料均局限于層狀體系——類似“千層餅”的結(jié)構(gòu)通過弱范德華力結(jié)合，可通過機(jī)械剝離等方式獲得單層。而占元素周期表約80%的金屬，因具有非層狀結(jié)構(gòu)、強(qiáng)金屬鍵及高對稱性，如同“壓縮餅干”般難以拆分，原子級薄的二維金屬長期被學(xué)界認(rèn)為是“不可能完成的任務(wù)”，成為二維材料領(lǐng)域長期存在的重大空白。
為攻克這一難題，張廣宇團(tuán)隊(duì)歷時(shí)多年攻關(guān)，獨(dú)創(chuàng)“原子制造的范德華擠壓技術(shù)”，利用團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的原子級平整單層二硫化鉬作為“范德華壓砧”，實(shí)現(xiàn)了埃米級極限厚度下二維金屬的普適制備，成功獲得鉍(6.3Å)、錫(5.8Å)、鉛(7.5Å)、銦(8.4Å)、鎵(9.2Å)5種二維金屬，這些材料的厚度僅為頭發(fā)絲直徑的二十萬分之一、A4紙厚度的百萬分之一。
資料圖：范德華擠壓技術(shù)普適制備埃米極限厚度二維金屬的示意圖。中國科學(xué)院物理研究所 供圖這項(xiàng)技術(shù)突破帶來多重核心優(yōu)勢：制備的二維金屬具有超1年無性能退化的環(huán)境穩(wěn)定性，且擁有非成鍵界面，為探索材料本征特性奠定基礎(chǔ)；電學(xué)測試顯示，單層鉍的室溫電導(dǎo)率較塊體鉍提升一個(gè)數(shù)量級以上，還展現(xiàn)出獨(dú)特的 P型電場效應(yīng)，電阻可通過柵壓調(diào)控35%；該技術(shù)更能以原子精度控制二維金屬厚度(單層、雙層或三層)，為研究新奇層贗自旋特性提供了全新平臺。
“首例二維金屬制備”成果論文共同通訊作者、中國科學(xué)院物理研究所杜羅軍特聘研究員指出，這一突破不僅填補(bǔ)二維材料家族的關(guān)鍵拼圖，更開辟全新研究領(lǐng)域。二維金屬有望衍生出高溫量子霍爾效應(yīng)、二維超導(dǎo)等宏觀量子現(xiàn)象，為低功耗晶體管、高頻器件、超靈敏探測等技術(shù)革新提供核心材料。元素周期表有88種金屬元素，目前實(shí)現(xiàn)的5種僅僅是“冰山一角”，加上二元及多元合金，未來尚有上萬種二維金屬材料待探索，留下廣闊發(fā)展空間。
據(jù)悉，《物理世界》“年度十大突破”以學(xué)術(shù)權(quán)威性著稱，入選成果需滿足“科學(xué)意義重大、推動知識邊界、理論與實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合、引發(fā)全球物理學(xué)家廣泛關(guān)注”四大核心標(biāo)準(zhǔn)。此次中國團(tuán)隊(duì)成果憑借對材料科學(xué)的顛覆性貢獻(xiàn)、獨(dú)創(chuàng)技術(shù)的普適價(jià)值及廣闊應(yīng)用前景入選，標(biāo)志著二維材料原子制造領(lǐng)域已貼上“中國標(biāo)簽”，占據(jù)國際領(lǐng)先地位。(完)