近日，松山湖材料实验室张广宇研究团队联合中国科学院物理研究所N07课题组，在二维金属的研究中取得了重要进展。该团队提出了一种范德华挤压技术，成功在埃米极限厚度下普适制备了多种二维金属，包括铋（Bi）、锡（Sn）、铅（Pb）、铟（In）和镓（Ga）。利用高质量单层MoS₂作为范德华压砧，在高压条件下挤压熔融金属，使其稳定存在于单层MoS₂夹层中，从而突破了二维金属制备的技术瓶颈。该方法不仅能够在原子级精度上控制二维金属的厚度（单层、双层、三层），还使得制备的二维金属具有优异的环境稳定性（超过一年无性能退化）。电学测量表明，单层铋的室温电导率可达~9.0×10⁶ S/m，比块体铋高出一个数量级，并展现出明显的P型电场效应，其电阻可被栅电压调控达35%。这一研究成果不仅为低功耗全金属晶体管和高频电子器件的开发提供了可行性，也为探索新奇的层赝自旋物理现象开辟了新路径。相关研究成果以「Realization of 2D metals at the ångström thickness limit」为题发表在Nature上，为二维金属及其他二维非范德华材料的研究提供了重要的科学基础和技术方案。
研究背景
二维材料是近年来材料科学领域的研究热点，因其独特的物理化学性质，被广泛应用于微电子、光电器件、量子计算等前沿领域。与传统的块体材料相比，二维材料具有厚度可控、量子限域效应强、电子迁移率高等优势。然而，目前研究的大多数二维材料仍局限于范德华层状材料体系，而非范德华二维金属的制备面临巨大挑战。这主要是由于金属键的强耦合特性，使得二维金属难以稳定存在，且其制备方法难以兼顾尺寸、厚度可控性及环境稳定性。因此，如何突破二维金属的制备瓶颈，成为该领域亟待解决的关键科学问题。
图文导读
本研究通过提出范德华挤压技术，实现了在埃米极限厚度下普适制备二维金属，为二维金属的制备、研究及其在量子、电子和光子器件中的应用开辟了新的路径。
图1 | 二维金属的范德华挤压过程。
图2 | 单层Bi的原子结构。
图3 | 单层Bi的电学特性。
图4 | 与层相关的属性。
结论展望
本文提出的范德华挤压技术为二维金属的制备开辟了新路径，具有重要的科学意义。首先，该技术通过将金属材料完全封装在单层MoS2中，克服了二维金属在原子薄极限下难以稳定的挑战，提供了一种高效的原子级制造方法。这一方法不仅成功制备了铋、锡、铅、镓和铟等多种二维金属，还确保了其良好的环境稳定性，为今后二维金属的广泛应用奠定了基础。其次，单层铋的成功制备揭示了此前未知的新的物理特性，例如增强的电导性和明显的P型电场效应，进一步推动了二维金属在量子、电子和光子器件中的潜力挖掘。最重要的是，这一范德华挤压技术不仅可以实现二维金属，还为二维金属合金及其他二维非范德华化合物的开发提供了可能，拓宽了二维材料的研究领域，开创了新型材料平台，助力未来量子科技、电子器件及光学器件的发展，具有深远的科研和技术应用价值。
文章链接：
https://doi.org/10.1038/s41586-025-08711-x
免责声明：本文旨在传递更多科研资讯及分享，所有其他媒、网来源均注明出处，如涉及版权问题，请作者第一时间后台联系，我们将协调进行处理，所有来稿文责自负，两江仅作分享平台。转载请注明出处，如原创内容转载需授权，请联系下方微信号。
