科技日報(bào)記者 陸成寬
在我國神話里，哪吒用蓮藕“重塑肉身”的故事家喻戶曉。有趣的是，中國科學(xué)院物理研究所的科研團(tuán)隊(duì)，最近也完成了一項(xiàng)類似的“造物”壯舉。他們成功為金屬“重塑金身”，在國際上首次實(shí)現(xiàn)大面積二維金屬材料制備，創(chuàng)造出單原子層超薄金屬，其厚度僅為頭發(fā)絲直徑的二十萬分之一，有望開創(chuàng)二維金屬研究新領(lǐng)域。相關(guān)研究成果13日在線發(fā)表于《自然》雜志。
2004年單層石墨烯發(fā)現(xiàn)以來，二維材料極大地顛覆了人類對材料的原有認(rèn)知，并引領(lǐng)了凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)等領(lǐng)域的系列突破性進(jìn)展，開創(chuàng)了基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新的二維新紀(jì)元。在過去二十年中，二維材料家族迅速擴(kuò)大，目前實(shí)驗(yàn)可獲得的二維材料達(dá)數(shù)百種，理論預(yù)測的更是近2000種。
現(xiàn)有的二維材料都像千層餅，其三維母體材料原本是由層層疊加的結(jié)構(gòu)組成，科學(xué)家只要像撕便簽紙一樣就能剝離出完美單層。但現(xiàn)實(shí)中有超過97.5%的材料，比如金屬，都是“壓縮餅干”結(jié)構(gòu)——每個(gè)原子都像被強(qiáng)力膠水360度黏死，想從中撕出完整單層比登天還難。
為從“壓縮餅干”里剝出完美單層，中國科學(xué)院物理研究所張廣宇研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，發(fā)展了原子級制造的范德華擠壓技術(shù)，通過將金屬熔化并利用單層二硫化鉬作為范德華壓砧擠壓，成功實(shí)現(xiàn)原子極限厚度下各種二維金屬的普適制備。這些二維金屬的厚度僅僅是一張A4紙的百萬分之一，是一根頭發(fā)絲直徑的二十萬分之一。想象一下，把三米見方的金屬塊壓成這種二維金屬，其面積能鋪滿整個(gè)北京。
“盡管過去實(shí)驗(yàn)中觀察到了一些非常薄的金屬材料，但其橫向尺寸面積很小，一般小于100納米，從納米材料的定義來看，這些材料應(yīng)該算零維材料，而不是二維材料。同時(shí)，以前制備的薄層金屬和襯底有非常強(qiáng)的化學(xué)鍵相互作用，不能算嚴(yán)格意義上的本征二維材料?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡邚垙V宇說，本研究首次實(shí)現(xiàn)大面積二維金屬材料的制備。
對此，國際審稿人一致給予了高度評價(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”。
“就像三維金屬引領(lǐng)了人類文明的銅器、青銅和鐵器時(shí)代，原子極限厚度的二維金屬，有望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(lǐng)域的技術(shù)革新。”張廣宇說。
