【儀表網 研發快訊】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，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科研人員孜孜以求的新興二維材料，它的實現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，有望演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頗具挑戰。在過去幾年中，科學家為實現二維金屬做出了大量努力，但未能在原子薄極限下實現大尺寸和本征的二維金屬。
針對上述挑戰，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心科研人員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封裝，具有優異的環境穩定性(在超1年的測試中無性能退化)和非成鍵的界面，利于器件制備以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~9.0×106S/m，比塊體鉍的室溫電導率(~7.8×105S/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闡明了可能。同時，范德華擠壓技術能夠以原子精度控制二維金屬的厚度即單層、雙層或三層，為揭示此前難以企及的新奇層贗自旋特性提供了可能。
該研究發展的范德華擠壓技術為二維金屬、合金以及其他二維非范德華材料開辟了有效的原子級制造方案。
3月12日，相關研究成果發表在《自然》(Nature)上。審稿人高度評價這一成果：“開創了二維金屬這一重要研究領域” “代表二維材料研究領域的一個重大進展”。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院相關項目、廣東省基礎與應用基礎研究重大項目等的支持。
范德華擠壓技術普適制備埃米極限厚度二維金屬
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