中国科学院成功研制出单原子层金属，开创二维金属研究新领域
时间：2025-03-24 19:40
小编：小世评选
中国科学院物理研究所近日宣布，其研发团队成功制造出单原子层金属，这一突破性进展为二维金属材料的研究开辟了全新的方向。这项研究成果于2023年3月13日首次在国际学术期刊《自然》上发表，表明中国在材料科学和凝聚态物理领域的前沿探索又向前迈进了一步。
自2004年单层石墨烯的发现以来，二维材料便引领了多个科学领域的重大突破，其潜力吸引了全球科研人员的关注。迄今为止，实验室已能获得数百种不同的二维材料，理论上还预测存在近2000种可能的二维材料。尽管如此，如何在技术上实现稳定且可控的二维金属材料依然是一个极具挑战性的任务。
中国科学院研究人员提出了一种名为“原子级制造的范德华挤压技术”的新方法。该技术通过将金属熔化后，利用高质量的单层MoS2范德华压砧实现挤压，成功制备出包括铋（Bi）、锡（Sn）、铅（Pb）、铟（In）和镓（Ga）等金属的二维单原子层结构。这一新颖的制备方法在未来的材料科学研究中具有重要应用价值，尤其是对于超微型低功耗晶体管和透明显示器件的开发。
研究表明，范德华挤压制备的单层金属在环境中表现出了优异的稳定性。在经过超过一年的性能测试后，这些金属材料未出现任何显著的退化现象。这意味着其具备了较长的应用寿命，为器件的长期稳定性奠定了基础。单层金属的上下均被碳化硅层封装，形成了非成键环境，这样的设计对于器件的制备和二维金属特性探索非常有利。
在电学性能方面，研究团队的测量结果令人振奋。实验显示单层铋的电导率随着温度的降低表现出近线性的增加，并展现出经典金属的电导行为。在室温下，单层铋的电导率达到了约9.0×10^6 S/m，远高于块体铋的室温电导率（约7.8×10^5 S/m），呈现出一个数量级的提升。这种高电导率的金属材料将在未来电子器件中具有广泛的应用前景。
研究还发现，单层铋具备显著的P型电场效应，其电阻可通过栅电压调节达35%，而传统块体金属的电阻变化通常小于1%。这一特性让单层铋成为低功耗全金属晶体管和高频电子设备制造中的一个理想候选材料。
更值得注意的是，利用范德华挤压技术，研究人员还能够以原子精度控制制备的二维金属材料的厚度，这一特性为研究新奇层赝自旋特性提供了巨大的可能性。例如，研究人员可以通过调节材料的层数来探索材料在电子、热和光学等物理属性方面的变化。
本研究不仅是材料科学领域的重要成就，也标志着中国在前沿科技领域的不断进步。相关研究得到了中国科学院物理研究所的多位研究人员及国际合作伙伴的支持，有助于推动相关技术的发展，并为解决当前社会面临的一些技术瓶颈提供新的思路和途径。
中国科学院成功研制的单原子层金属将推动二维金属材料的研究，促进新一代电子器件的发展，并为透明显示、超微型电子器件等领域的未来技术革新创造新的可能。该项目的成果将对材料科学和相关技术的进步产生深远的影响，并为探索更广泛的应用场景铺平道路。从长远来看，这一突破不仅能够提升中国在全球科技竞争中的地位，更将推动全球科学研究的交流与合作。
