英国物理学会(IOP)主办的《物理世界》(Physivs World)12月12日公布了其评选的“2025年度十大科学突破”榜单,研究成果覆盖天文学、反物质、原子分子物理等多个领域。其中,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心张广宇团队在二维材料领域的重大进展——研制出首例二维金属入选。
自2004年石墨烯发现以来,科学家已成功制备并研究了数百种二维材料,理论计算更是高达千余种。然而,这些二维材料主要局限在层状体系,相邻层仅通过弱范德华力结合,因此易通过多种方法获得二维单层。
原子级薄的二维金属是二维材料领域的一个空白域,不仅可超越二维范德华层状材料体系,拓宽二维家族,还有望演生出各种宏观量子现象,是物质科学一直以来追求的重要科学目标。但因金属非层状、强金属键及高对称结构,其真正二维形式一直没有实现,被许多人认为是不可能的。
张广宇团队发展了原子制造的范德华挤压技术,利用团队前期研制的原子级平整的单层二硫化钼作为范德华压砧,国际上首次实现了埃米极限厚度下二维金属的普适制备,包括铋 (6.3 Å)、锡 (5.8 Å)、铅 (7.5 Å)、铟 (8.4 Å) 和镓 (9.2 Å)。范德华挤压制备的二维金属具有好的环境稳定性(性能超1年无退化)和非成键的界面,有利于探索二维金属的本征特性。电学和光谱测量揭示了单层铋数量级增强的室温电导率、P型电场效应及新的声子模式。此外,范德华挤压技术还能以原子精度控制二维金属的厚度(即单层、双层或三层),为揭示以前难以企及的新奇层赝自旋特性提供了机会。
元素周期表中共118种元素,其中金属88种,目前实现的5种仅仅只是“冰山一角”,还有83种单质二维金属有待发现。若考虑合金(二元及多元),则存在成千上万种二维合金有待发掘和探索。
《物理世界》“年度十大突破”自2009年发布以来,在学术界具有重要权威性,入选的科学研究要符合:具有至关重要性;对科学知识有显著推进;理论与实验具有紧密联系;为所有物理学家普遍关注等条件。
