重大突破，中国科学家制出单原子层二维金属！如何实现有什么用？

中国科学院物理研究所的科研团队取得一项重大成就，研究人员成功制备出二维金属。这一成果是人类在二维材料研究领域上的一个重大突破，有望为多个行业带来技术革新。这里需要指出，材料领域所说的二维是指材料的厚度极薄，并不是完全没有厚度。纯粹的二维物体在客观世界是不存在的。

这些二维金属的轻薄程度超乎想象，薄如婵翼这个词都无法正确描述其轻薄程度，因为其厚度仅为埃米级别。这个长度单位可能很多人没听说过，1埃米等于10纳米，相当于头发丝直径的二十万分之一。其常用于表示原子、分子的尺寸及晶圆制造中薄膜的厚度等，如原子的直径通常在0.5-3埃米之间。

薄到这种程度，这就意味着这种二维金属材料仅由数层甚至单层原子构成。举个例子吧！若将一块边长3米的立方体金属压成单原子层，其面积足以覆盖整个北京。可想而知，想要将金属材料制成这么薄的程度，技术难度有多大？

人类对二维材料的探索始于2004年单层石墨烯的发现。当时英国曼彻斯特大学的安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫以高度定向热解的石墨为原料，通过反复剥离石墨薄片，成功制备出了厚度达到几个原子层甚至单层的石墨烯。二人也因在石墨烯方面的开创性工作，获得了2010年诺贝尔物理学奖。

自单层石墨烯被发现以后。此后20年里，在各国科研人员的共同努力下，人类发现的二维材料种类不断增加，目前已成功在实验室制备出数百种二维材料，理论预测存在的更是多达数千种。

过去这些成功制备出的二维材料仅局限于层状材料，这种材料层与层之间通过弱范德华力相连，易于剥离。层状材料大多数是晶体，像石墨、二硫化钼、云母等典型的层状材料，都属于晶体。

然而层状材料占整个材料体系的比例不到3%，这意味着还有大量的材料无法二维化，比如金属材料。金属虽然绝大部分也是晶体，但其原子以金属键相连，结合极为紧密，不像层状材料那样松散，这使得想要对其二维化很困难。

不过中国科学院物理研究所的科研团队发明的范德华挤压技术成功解决了金属二维化的难题。该技术先将金属熔化，再利用单层二硫化钼（MoS₂）范德华压砧进行挤压，成功让铋、锡、铅、铟和镓等多种金属实现二维化。该技术不仅具有普适性，还能以原子级别的精度控制二维金属的厚度，真的是相当厉害。

范德华挤压技术中所用到的单层二硫化钼是“三明治”夹心结构，层与层之间由较弱的范德华力相连，层内钼、硫原子间由较强的共价键相连。二氧化钼应用广泛，其具有化学性质稳定、反磁性、摩擦系数低、耐高温、抗压等特点。其熔点高达2692℃左右，在高温环境下它也能保持相对稳定的化学性质和物理性质。正是这些特性使它可以用作压砧，来挤压熔化后的金属，制作二维金属材料。压砧是一种在高压实验和材料制备中用于产生高压的装置，比如人造钻石的生产就需要使用到压砧。

金属材料应用十分广泛，中国科学家能够发明具备普适性的二维金属制备技术，意义深远。这意味着人类在金属材料的应用上又迈上新台阶！

那二维金属材料究竟有什么用？

首先有一点肯定很多人都能猜到，这种很薄很薄的金属材料，如果能够用来制作晶体管等电子元器件，绝对可以节省材料，有望提高稀有金属的利用率。另外更薄的材料能意味着能够让元器件的体积变得更小，从而在功能不变的情况下降低功耗，让电子产品续航更持久。

二维金属应用潜力无限！除了上述应用，它还能提升探测仪器或者传感器的灵敏度，提高催化反应的效率。一些金属具有极高的反射率，二维后将兼具轻薄柔韧特性，这使得其可以用于制作光帆。二维金属的超薄特性，还可推动透明显示技术的发展，未来的显示屏能像玻璃一样透明。

此外，当金属的厚度仅为几个原子层时，还会涌现出量子效应，这意味着这种二维金属可用于开发量子技术，推动量子计算机、量子传感器等技术的发展。这不是幻想，相信要不了多久我们就能见识到二维金属所带来的变革。