将材料的厚度缩减至原子级极限通常能够产生其块体材料中无法实现的独特物理特性,这一点在二维材料领域的最新进展中得到了充分体现。迄今为止,已成功制备了多种二维材料,例如绝缘体六方氮化硼(hBN)、半导体二硫化钼(MoS2)以及半金属石墨烯。然而,这些二维材料大多局限于范德华(vdW)层状晶体,其层间相互作用较弱,便于通过机械剥离等方法从其块体材料中分离。原子级厚度的二维金属材料作为备受关注的研究对象,其不仅能够将二维材料家族拓展至范德华层状材料之外,还可推动理论、实验和技术领域的多项突破,例如新型量子光学效应、拓扑边缘态、超导性、金属铁电性、量子Griffiths奇异性、优异的非线性特性、高效催化以及全金属晶体管等
鉴于此,中国科学院物理研究所张广宇研究员、杜罗军特聘研究员发表了题为“Realization of 2D metals at the ångström thickness limit”的论文在Nature期刊上。该工作提出了一种简便、普适的范德华挤压方法,通过两片刚性范德华压砧在高压下制备埃米级厚度的大面积二维金属。该方法可应用于多种二维金属晶体,包括铋(Bi)、镓(Ga)、铟(In)、锡(Sn)和铅(Pb),展现了该方法的普适性。通过双面单层MoS2封装技术,所得二维金属呈现大面积晶态特征与环境稳定性该工作以二维Bi晶体为例,详细研究了其原子结构、光学和电子特性,且观察到了新的声子模式、显著增强的电导率、具有p型行为的显著场效应以及较大的非线性霍尔电导率。
作者预见,这种范德华挤压技术还将为二维金属合金及其他多种二维非范德华化合物的实现提供有效途径,为研究新兴的量子、电子和光子现象建立一个多功能材料平台。
文献链接:https://doi.org/10.1038/s41586-025-08711-x