我國(guó)在三維世界造出二維金屬!厚度為頭發(fā)絲二十萬(wàn)分之一

  在我國(guó)神話傳說(shuō)中,“重塑金身”的故事流傳已久,像哪吒以蓮藕重塑肉身,關(guān)鍵就在于材料的選擇。無(wú)獨(dú)有偶,科學(xué)家們也在執(zhí)著探索一個(gè)極為相似的課題,給材料“重塑金身”,引領(lǐng)材料創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)革命。

  近期,中國(guó)科學(xué)院物理研究所的科研團(tuán)隊(duì),成功為金屬“重塑金身”,實(shí)現(xiàn)了厚度僅為頭發(fā)絲直徑的二十萬(wàn)分之一的單原子層金屬,有望開創(chuàng)二維金屬研究新領(lǐng)域。相關(guān)研究成果以“Realization of 2D metals at the ångström thickness limit”(埃米厚度極限二維金屬的實(shí)現(xiàn))為題發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》。

  不同于層狀材料(類似千層餅結(jié)構(gòu),很容易剝出完美一層),金屬由于每個(gè)原子在任意方向均和周圍原子有強(qiáng)的金屬鍵相互作用(類似壓縮餅干),要想將其重塑為原子極限厚度的二維金屬,就好比從壓縮餅干中剝出像千層餅?zāi)菢油暾囊粚觼?lái)一樣,是極具挑戰(zhàn)性的。

  面對(duì)如何獲得二維金屬的挑戰(zhàn),最近中國(guó)科學(xué)院物理研究所張廣宇研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)展了原子級(jí)制造的范德華擠壓技術(shù),通過將金屬熔化并利用團(tuán)隊(duì)前期制備的高質(zhì)量單層MoS2范德華壓砧擠壓,實(shí)現(xiàn)了原子極限厚度下各種二維金屬的普適制備,包括鉍 (Bi, 6.3 ?)、錫 (Sn, 5.8 ?)、鉛 (Pb, 7.5 ?)、銦 (In, 8.4 ?) 和鎵 (Ga, 9.2 ?)。這些二維金屬的厚度僅僅是一張A4紙的百萬(wàn)分之一,是一根頭發(fā)絲直徑的二十萬(wàn)分之一。如果把一塊邊長(zhǎng)3米的金屬塊壓成單原子層厚,將可以鋪滿整個(gè)北京市的地面。

  國(guó)際審稿人一致給予高度評(píng)價(jià),認(rèn)為該工作:“開創(chuàng)了二維金屬這一重要研究領(lǐng)域” ;“代表二維材料研究領(lǐng)域的一個(gè)重大進(jìn)展”。

  圖1:范德華擠壓技術(shù)普適制備埃米極限厚度二維金屬

  Q&A

  問:是不是國(guó)際上首次實(shí)驗(yàn)獲得二維金屬材料?

  答:這是首次實(shí)現(xiàn)大面積二維金屬材料的制備。以前小尺寸的薄層金屬,是非常不穩(wěn)定的,這是首次實(shí)現(xiàn)了環(huán)境穩(wěn)定的二維材料,一年沒有任何性能退化。

  問:二維材料有哪些分類?

  答:二維材料可分為二維層狀材料和二維非層狀材料,以前的研究雖然發(fā)現(xiàn)了很多二維材料,但是基本局限在二維層狀材料,而金屬是非層狀材料,這次原子極限厚度下二維金屬的實(shí)現(xiàn)超越當(dāng)前二維層狀材料體系,補(bǔ)充了二維材料家族的一大塊拼圖。

  問:二維金屬除了能夠繼續(xù)研究探索、制造各種器件,還可能有什么更貼近于生活的應(yīng)用?

  答:二維金屬應(yīng)該可以用于超微型低功耗晶體管、高頻器件、透明顯示(柔性顯示)、超靈敏探測(cè)、極致高效催化等應(yīng)用。

原標(biāo)題:我國(guó)在三維世界造出二維金屬!厚度為頭發(fā)絲二十萬(wàn)分之一

責(zé)任編輯:梁嘉穎
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