（大公報記者 劉凝哲 北京報道）神話傳說中「重塑金身」的故事流傳已久，如同《哪吒2》電影中哪吒以蓮藕重塑肉身，現代科學家們也在執著探索一個極為相似的課題，給材料「重塑金身」，引領材料創新產業革命。近期，中國科學院物理研究所的科研團隊，成功為金屬「重塑金身」，實現了厚度僅為頭髮絲直徑的二十萬分之一的單原子層金屬，將三維的金屬「降維」到二維，有望開創二維金屬研究新領域。「原子極限厚度的二維金屬有望推動下一階段文明的發展，帶來超微型低功耗晶體管、高頻器件、透明顯示、超靈敏探測、極致高效催化等眾多領域的技術革新」，中國科學院物理研究所研究員張廣宇說。
前述中國科學院物理研究所的科研成果，近期以「埃米厚度極限二維金屬的實現」為題發表在國際學術期刊《自然》上。張廣宇表示，我們生活中所見的各種金屬，具有長、寬、高等三個維度，屬於三維金屬。如果金屬高度降低至只有一個或者幾個原子層厚度（也就是頭髮絲直徑20萬分之一量級），這時高度維度可忽略，只有長和寬兩個維度，那就是二維金屬。
專家介紹，自2004年單層石墨烯發現以來，二維材料極大顛覆了人類對材料的原有認知，並引領了凝聚態物理、材料科學等領域的系列突破性進展，開創了基礎研究和技術創新的二維新紀元。金屬由於每個原子在任意方向均和周圍原子有強的金屬鍵相互作用（類似壓縮餅乾），要想將其重塑為原子極限厚度的二維金屬，就好比從壓縮餅乾中剝出像千層餅那樣完整的一層來一樣，是極具挑戰性的。
二維金屬環境穩定性良好
面對如何獲得二維金屬的挑戰，最近張廣宇帶領團隊發展了原子級製造的范德華擠壓技術，通過將金屬熔化並利用團隊前期製備的高質量單層MoS2范德華壓砧擠壓，實現了原子極限厚度下各種二維金屬的普適製備。
范德華擠壓製備的二維金屬上下均被單層MoS2所封裝，具有非常好的環境穩定性和非成鍵的界面，有利於器件製備以探測二維金屬的本徵特性。這些二維金屬的厚度僅僅是一張A4紙的百萬分之一，是一根頭髮絲直徑的二十萬分之一。如果把一塊邊長3米的金屬塊壓成單原子層厚，將可以鋪滿整個北京市的地面。
首次實現大面積製備 性能無退化
針對這是否是在國際上首次實驗獲得二維金屬，專家表示，儘管過去實驗中觀察到了一些非常薄的金屬材料，但橫向尺寸面積很小，從納米材料的定義來看，這些材料應該算零維，而不是二維材料。以前小尺寸的薄層金屬，是非常不穩定的。這次是首次實現大面積二維金屬材料的製備，首次實現了環境穩定的二維材料，一年沒有任何性能退化。
對此，國際審稿人一致給予高度評價，認為該工作：「開創了二維金屬這一重要研究領域」；「代表二維材料研究領域的一個重大進展」。
「二維金屬」Q&A
Q 原子級製造是什麼?
A 原子級製造是在原子尺度上去進行加工，構築原子級細銳、精準、完美而且具備超常規物性的產品。從實現形式上，可以是以原子級精度進行「去除」加工，也可以是以原子級精度進行「增材」製造。
Q 如何形象地理解范德華擠壓?
A 范德華擠壓和通俗理解的兩個平面對頂擠壓是一樣的，只是採用的壓砧為原子級平整且無懸掛鍵的范德華材料，這是實現二維金屬的核心技巧之一。人們通俗理解的兩個平面比如玻璃、金剛石雖然看起來很平，但是原子尺度是很粗糙的，要製備二維金屬，必須用原子級平整的材料來壓。
Q 如何理解范德華擠壓屬於原子級製造?
A 范德華擠壓簡單看名字不屬於原子級操控，但科學家從目前實現的結果來看，能夠通過調控參數原子級精準地控制二維金屬的厚度，實現單層、雙層、三層，可以算原子級製造。
Q 二維材料有哪些分類?二維金屬還有什麼應用?
A 二維材料可分為二維層狀材料和二維非層狀材料，原子極限厚度下二維金屬的實現超越當前二維層狀材料體系。二維金屬還可以用於超微型低功耗晶體管、高頻器件、柔性顯示、超靈敏探測、極致高效催化等領域。
大公報記者劉凝哲整理
應用廣泛：有望衍生宏觀量子現象 促進技術進步
對於此次二維金屬研究進展，中國科學院物理研究所特聘研究員杜羅軍說，原子極限厚度二維金屬的實現，不僅超越當前二維范德華層狀材料體系，補充了二維材料家族的一大塊拼圖，還有望衍生出各種宏觀量子現象，促進理論、實驗和技術的進步。二維金屬不僅為理論提供了一個理想的量子受限模型體系，也是實驗探索量子霍爾效應、二維超流/超導、拓撲相變等的絕佳載體。
二維金屬除能夠繼續研究探索製造各種器件，還可以用於超微型低功耗晶體管、高頻器件、透明顯示、超靈敏探測、極致高效催化等貼近人們生活的應用。中國科學院物理研究所研究員張廣宇表示，范德華擠壓技術為二維金屬合金、非晶和其他二維非層狀材料也開闢了有效原子級製造方案，為各種新興的量子、電子和光子器件應用勾勒出美好願景。
話你知：二維金屬
我們生活中所見的各種金屬，具有長、寬、高等三個維度，屬於三維金屬。如果金屬高度降低至只有一個或者幾個原子層厚度，這時高度維度可忽略，只有長和寬兩個維度，那就是二維金屬。金屬由於每個原子在任意方向均和周圍原子有強的金屬鍵相互作用(類似壓縮餅乾)，要想將其重塑為原子極限厚度的二維金屬，極具挑戰性。
（來源：大公報A3：要聞 2025/03/14）
