中国科学院物理研究所最新Nature：挤出单层二维金属材料！

01[科学背景]

自2004年单层石墨烯发现以来，二维材料在凝聚物理、材料科学等方面取得了一系列突破，开启了基础研究和技术创新的二维新时代。到目前为止，已经实现了各种二维材料，例如绝缘六方氮化硼（hBN）、半导MoS2和半金属石墨烯。但是，这些二维材料基本上局限于vdW层材料系统。原子薄极限的二维金属是近年来不断追求的新型二维材料。其实现不仅可以超越目前的二维vdW片层材料体系，拓宽二维材料家族，还可以衍生出各种宏观量子现象，促进理论、实验和技术的发展。与vdW片层材料不同，金属等非vdW片层材料具有高度对称性和强结合性，因此其二维方法，特别是在原子薄极限下，极难实现。在过去的几年里，每个人都在努力实现二维金属，但是没有在原子薄的极限下实现大尺寸和本征的二维金属。

02[创新成果]

为了解决上述问题，中国科学院物理研究所张广宇研究员、杜罗军研究员等人在Nature上发表了题为“Realization of 2D metals at the ångström thickness limit本文展示了一种方便、通用的vdW挤压方法，完成了埃米极限厚度下各种二维金属的普遍制备，包含铋（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）。获得的二维金属通过两个MoS2单层之间的完全封装和存在的非键合界面稳定，因此具有良好的环境稳定性(在超过一年的测试中没有性能下降)和非键合页面，有利于设备制备，探索二维金属的特性。获得的二维金属通过两个MoS2单层之间的完全封装和存在的非键合界面稳定，因此具有良好的环境稳定性(在超过一年的测试中没有性能下降)和非键页面，有利于设备准备，探索二维金属的特性。单层的传输和拉曼测量显示了新的声子模式、强化的电导率、显著的场效和大的非线性霍尔电导率等优异的物理性能。本研究为实现二维金属、合金和其他二维非vdW材料开辟了一条有效的道路，为量子、电子和光子器件的广泛组合勾勒出光明的前景。

03[数据概览]

图1、二维金属vdW挤压工艺流程 © 2025 Springer Nature

图2、单层原子结构 © 2025 Springer Nature

图3、电学特性为单层邈 © 2025 Springer Nature

图4、金属层数所依赖的特性 © 2025 Springer Nature

04[科学启发]

综上所述，本研究展示了一种简单、有效、通用的vdW挤压工艺，通过使用两个相对的ML-MoS2/蓝宝石砧板，可以在原子薄的极限下压缩二维金属。在埃米厚度的限制下，实现了各种二维金属，包括鲟、邈、锡和铅。如同Bi、Sn、由于单层MoS2的完全封装，Pb样品所证实的二维金属在环境上是稳定的、本征的。值得注意的是，在测试实验中，封装的单层Bi至少可以稳定存在一年。这些二维金属很难与MoS2封装层分离，如果某些应用程序需要暴露表面。例如，研究人员展示了许多以前不为人知的新物理性质。研究人员预测，这种vdW挤压技术还将为实现二维金属合金和其他二维非vdW材料提供一个有效的方法，并为研究新的量子、电子和光子现象建立一个通用的材料平台。

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