近日，從中國科學院物理研究所獲悉，該所科研團隊成功研制出厚度僅為頭發絲直徑的二十萬分之一的單原子層金屬，這是國際上首次實現大面積二維金屬材料的制備，開創了二維金屬研究新領域。該成果北京時間3月12日在國際學術期刊《自然》發表。

自2004年單層石墨烯發現以來，二維材料引領了凝聚態物理、材料科學等領域的系列突破性進展，并開創了基礎研究和技術創新的二維新紀元。在過去20年中，二維材料家族迅速擴大，目前實驗可獲得的二維材料達數百種，理論預測的更是近 2000 種。然而，這些二維材料基本上局限在范德華層狀材料體系。原子薄極限的二維金屬是近年來孜孜以求的新興二維材料，它的實現不僅可以超越當前二維范德華層狀材料體系，拓寬二維材料家族，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。但不同于范德華層狀材料，金屬是高度對稱的非范德華材料，各向同性且強的金屬鍵導致二維金屬的制備極具挑戰。在過去幾年中，人們為實現二維金屬進行了大量努力，但未能在原子薄極限下實現大尺寸和本征的二維金屬。

針對挑戰，最近松山湖材料實驗室張廣宇研究團隊與中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心N07課題組合作提出了原子級制造的范德華擠壓技術，通過將金屬熔化并利用團隊前期制備的高質量單層MoS2范德華壓砧擠壓，實現了埃米極限厚度下各種二維金屬的普適制備，包括鉍 (Bi, 6.3??)、錫 (Sn, 5.8??)、鉛 (Pb, 7.5??)、銦 (In, 8.4??) 和鎵 (Ga, 9.2 ?)。范德華擠壓制備的二維金屬上下均被單層MoS2所封裝，因此具有非常好的環境穩定性（在超1年的測試中無性能退化）和非成鍵的界面，有利于通過器件制備來探索二維金屬的本征特性。電學測量表明，單層鉍的電導率隨著溫度的降低近線性增加，表現出經典金屬行為，室溫電導率可達~9.0×106 S/m，比塊體鉍的室溫電導率（~7.8×105 S/m）高一個數量級以上。并且，單層鉍展現出明顯的P型電場效應，其電阻可被柵電壓調控達35%（塊體金屬通常小于1%），為低功耗全金屬晶體管和高頻器件的制備闡明了可行性。此外，范德華擠壓技術還能以原子精度控制二維金屬的厚度（即單層、雙層或三層），為揭示以前難以企及的新奇層贗自旋特性提供了可能。

這一工作是原子級制造的一個成功案例。國際審稿人一致給予該工作極高評價：“開創了二維金屬這一重要研究領域opens an important research field on isolated 2D metals” ；“代表二維材料研究領域的一個重大進展represents a major advance in the study of 2D materials”。本工作發展的范德華擠壓技術為二維金屬、合金和其他二維非范德華材料開辟了有效原子級制造方案，有望為各種新興的量子、電子和光子器件勾勒出美好的愿景。