中国实现大面积二维金属材料的制备 厚度仅为头发丝直径的二十万分之一 在中国的神话传说中,“重塑金身”的故事已经流传了很长一段时间。例如,哪吒用莲藕重塑身体的关键在于材料的选择。巧合的是,科学家们也在坚持探索一个非常相似的话题,“重塑金身”材料,促进材料创新的科技革命。近日,中国科学院物理研究所科研团队成功“重塑金身”,完成了厚度仅为头发直径的20万分之一的单原子层金属,有望开创二维金属研究新领域。相关研究结果发表在国际学术期刊《自然》上,关于埃米厚度极限二维金属的实现。中国实现大面积二维金属材料的制备 厚度仅为头发丝直径的二十万分之一
在过去的一个世纪里,学术界广泛认为二维材料不存在,自2004年单层石墨烯发现(2010年诺贝尔物理奖)以来,二维材料极大地颠覆了人类对材料的原始认知,引领了凝聚态物理、材料科学等一系列突破,开启了基础研究和技术创新的二维新时代。中国实现大面积二维金属材料的制备 厚度仅为头发丝直径的二十万分之一
在过去的20年里,二维材料家族迅速扩张。目前,实验中可获得数百种二维材料,理论预测近2000种。这些二维材料仅限于层材料系统。层材料类似于千层饼的结构,很容易剥出完美的层。纵观整个材料数据库,层材料的比例很小,97.5%以上是非层材料,如生活中随处可见的金属。与层材料不同,金属类似于压缩饼干,因为每个原子在任何方向都与周围原子有很强的金属键相互作用。如果你想把它重塑成原子极限厚度的二维金属,就像从压缩饼干中剥下千层饼那样完整的层一样。
面对如何获得二维金属的挑战,中国科学院物理研究所研究员张光宇最近带领团队开发了原子级制造的范德华挤压技术,完成了原子极限薄厚下各种二维金属的普遍制备,包括铋、锡、铅、镓和镓。这些二维金属的厚度只有一张A4纸的百万分之一,是一根头发直径的20万分之一。如果一个3米长的金属块被压成一个单原子层厚,它将覆盖整个北京的地面。中国实现大面积二维金属材料的制备 厚度仅为头发丝直径的二十万分之一
“原子极限薄厚二维金属为二维材料家族补充了一大块拼图,有望衍生出各种宏观量子现象,促进理论、实验和技术的发展。”中国科学院物理研究所特聘研究员杜罗军说。
“正如三维金属引领人类文明的铜、铜、铁时代一样,原子极限薄厚二维金属有望促进下一阶段文明的发展,带来超微低功耗晶体管、高频设备、透明显示、超敏感检测、完美高效催化等诸多领域的技术创新。此外,范德华挤压技术还为二维金属合金、非晶体等二维非片状材料开辟了有效的原子级制造方案,为各种新兴的量子、电子和光子设备的应用提出了良好的愿望。”中国科学院物理研究所的共同通讯作者、研究员张广宇说。
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