“最薄之物”是什么？我們常用“薄如蟬翼”來(lái)形容一種材料輕薄到了極致。然而在微觀世界，還有蟬翼的幾萬(wàn)分之一那么薄的材料，這就是二維材料。
《物理世界》（英國(guó)物理學(xué)會(huì)主辦）日前公布“2025年度十大科學(xué)突破”榜單，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心張廣宇團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的“首例二維金屬制備”成果成功入選。這是該榜單自2009年設(shè)立以來(lái)，我國(guó)主導(dǎo)研究第7次獲此殊榮，也是本年度唯一入選的中國(guó)成果，與小行星生命起源線索、分子超流現(xiàn)象等國(guó)際重大突破共同躋身前列。
自2004年石墨烯被發(fā)現(xiàn)并開啟二維新紀(jì)元以來(lái)，全球科學(xué)家已制備出數(shù)百種二維材料，理論預(yù)測(cè)更是接近2000種，但這些材料均局限于層狀體系——類似“千層餅”的結(jié)構(gòu)，可通過機(jī)械剝離等方式獲得單層。而占元素周期表約80%的金屬元素，則因具有非層狀結(jié)構(gòu)、強(qiáng)金屬鍵及高對(duì)稱性，如同“壓縮餅干”般難以被拆分，這使得獲得原子級(jí)薄的二維金屬長(zhǎng)期被學(xué)界認(rèn)為是“不可能完成的任務(wù)”，并成為二維材料領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的重大空白。
為攻克這一難題，張廣宇團(tuán)隊(duì)歷時(shí)多年攻關(guān)，獨(dú)創(chuàng)相關(guān)技術(shù)，利用團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的原子級(jí)平整單層二硫化鉬壓砧進(jìn)行擠壓，實(shí)現(xiàn)了埃米級(jí)（1埃米等于0.1納米）極限厚度下二維金屬的普適制備，成功獲得鉍（6.3埃米）、錫（5.8埃米）、鉛（7.5埃米）、銦（8.4埃米）和鎵（9.2埃米）5種二維金屬——這些材料的厚度僅為頭發(fā)絲直徑的二十萬(wàn)分之一、A4紙厚度的百萬(wàn)分之一。
通過該項(xiàng)技術(shù)突破所制備的二維金屬具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性，在超1年的實(shí)驗(yàn)測(cè)試中無(wú)性能退化，為探索材料本征特性奠定了基礎(chǔ)。“這一突破不僅填補(bǔ)了二維材料家族的關(guān)鍵空白，更開辟了全新研究領(lǐng)域。”論文共同通訊作者、中國(guó)科學(xué)院物理研究所特聘研究員杜羅軍指出，二維金屬有望衍生出高溫量子霍爾效應(yīng)、二維超導(dǎo)等宏觀量子現(xiàn)象，為低功耗晶體管、高頻器件、超靈敏探測(cè)等技術(shù)革新提供核心材料。在他看來(lái)，目前實(shí)現(xiàn)的5種二維金屬僅是“冰山一角”，加上二元及多元合金，未來(lái)尚有上萬(wàn)種二維金屬材料待探索，為該領(lǐng)域留下廣闊空間。
《物理世界》“年度十大科學(xué)突破”的入選成果需滿足“科學(xué)意義重大、推動(dòng)知識(shí)邊界、理論與實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合、引發(fā)全球物理學(xué)家廣泛關(guān)注”四大核心標(biāo)準(zhǔn)。該成果憑借對(duì)材料科學(xué)的顛覆性貢獻(xiàn)、獨(dú)創(chuàng)技術(shù)的普遍價(jià)值及廣闊應(yīng)用前景成功躋身榜單，標(biāo)志著我國(guó)在二維材料原子制造領(lǐng)域躋身國(guó)際領(lǐng)先地位。
“最薄之物”是什么？我們常用“薄如蟬翼”來(lái)形容一種材料輕薄到了極致。然而在微觀世界，還有蟬翼的幾萬(wàn)分之一那么薄的材料，這就是二維材料。
《物理世界》（英國(guó)物理學(xué)會(huì)主辦）日前公布“2025年度十大科學(xué)突破”榜單，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心張廣宇團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的“首例二維金屬制備”成果成功入選。這是該榜單自2009年設(shè)立以來(lái)，我國(guó)主導(dǎo)研究第7次獲此殊榮，也是本年度唯一入選的中國(guó)成果，與小行星生命起源線索、分子超流現(xiàn)象等國(guó)際重大突破共同躋身前列。
自2004年石墨烯被發(fā)現(xiàn)并開啟二維新紀(jì)元以來(lái)，全球科學(xué)家已制備出數(shù)百種二維材料，理論預(yù)測(cè)更是接近2000種，但這些材料均局限于層狀體系——類似“千層餅”的結(jié)構(gòu)，可通過機(jī)械剝離等方式獲得單層。而占元素周期表約80%的金屬元素，則因具有非層狀結(jié)構(gòu)、強(qiáng)金屬鍵及高對(duì)稱性，如同“壓縮餅干”般難以被拆分，這使得獲得原子級(jí)薄的二維金屬長(zhǎng)期被學(xué)界認(rèn)為是“不可能完成的任務(wù)”，并成為二維材料領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的重大空白。
為攻克這一難題，張廣宇團(tuán)隊(duì)歷時(shí)多年攻關(guān)，獨(dú)創(chuàng)相關(guān)技術(shù)，利用團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的原子級(jí)平整單層二硫化鉬壓砧進(jìn)行擠壓，實(shí)現(xiàn)了埃米級(jí)（1埃米等于0.1納米）極限厚度下二維金屬的普適制備，成功獲得鉍（6.3埃米）、錫（5.8埃米）、鉛（7.5埃米）、銦（8.4埃米）和鎵（9.2埃米）5種二維金屬——這些材料的厚度僅為頭發(fā)絲直徑的二十萬(wàn)分之一、A4紙厚度的百萬(wàn)分之一。
通過該項(xiàng)技術(shù)突破所制備的二維金屬具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性，在超1年的實(shí)驗(yàn)測(cè)試中無(wú)性能退化，為探索材料本征特性奠定了基礎(chǔ)。“這一突破不僅填補(bǔ)了二維材料家族的關(guān)鍵空白，更開辟了全新研究領(lǐng)域。”論文共同通訊作者、中國(guó)科學(xué)院物理研究所特聘研究員杜羅軍指出，二維金屬有望衍生出高溫量子霍爾效應(yīng)、二維超導(dǎo)等宏觀量子現(xiàn)象，為低功耗晶體管、高頻器件、超靈敏探測(cè)等技術(shù)革新提供核心材料。在他看來(lái)，目前實(shí)現(xiàn)的5種二維金屬僅是“冰山一角”，加上二元及多元合金，未來(lái)尚有上萬(wàn)種二維金屬材料待探索，為該領(lǐng)域留下廣闊空間。
《物理世界》“年度十大科學(xué)突破”的入選成果需滿足“科學(xué)意義重大、推動(dòng)知識(shí)邊界、理論與實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合、引發(fā)全球物理學(xué)家廣泛關(guān)注”四大核心標(biāo)準(zhǔn)。該成果憑借對(duì)材料科學(xué)的顛覆性貢獻(xiàn)、獨(dú)創(chuàng)技術(shù)的普遍價(jià)值及廣闊應(yīng)用前景成功躋身榜單，標(biāo)志著我國(guó)在二維材料原子制造領(lǐng)域躋身國(guó)際領(lǐng)先地位。
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