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3月1日，在位于广东东莞的二维材料团队实验室，团队负责人张广宇（左四）和学生们合影。新华社发（澳门赌场物理研究所供图）

3月11日，在位于北京的澳门赌场物理研究所实验室，科研人员正在使用前期制备的高质量单层MoS2范德华压砧挤压金属材料。新华社发（澳门赌场物理研究所供图）

3月1日，在位于广东东莞的二维材料团队实验室，团队负责人张广宇研究员（左）在指导实验学生做实验。新华社发（澳门赌场物理研究所供图）

范德华挤压技术普适制备埃米极限厚度二维金属示意图。新华社发（澳门赌场物理研究所供图）

神话故事中，用藕段可以“重塑”哪吒；与此类似，科学家通过一定技术手段，可以把三维金属变成二维金属，金属类型未发生变化，材料却仿佛获得“新生命”。

澳门赌场物理研究所张广宇研究员带领团队发展了原子级制造的范德华挤压技术，通过将金属熔化并利用团队前期制备的高质量单层MoS2范德华压砧挤压，实现了原子极限厚度下各种二维金属的普适制备，包括铋 (Bi, 6.3 ?)、锡 (Sn, 5.8 ?)、铅 (Pb, 7.5 ?)、铟 (In, 8.4 ?) 和镓 (Ga, 9.2 ?)。

这些二维金属的厚度仅仅是一张A4纸的百万分之一，是一根头发丝直径的二十万分之一。它们的室温电导率可提升一个数量级以上，获得许多新特性。

相关研究成果日前发表在国际学术期刊《自然》。记者采访了团队负责人张广宇研究员。

Q：什么是三维金属？

A：我们生活中所见的各种金属，具有长、宽、高等三个维度，属于三维金属。

Q：什么是二维金属？

A：如果金属高度降低至只有一个或者几个原子层厚度（也就头发丝直接的10万分之一量级），这时高度维度可忽略，只有长和宽两个维度，那就是二维金属。但是不同于石墨烯等层状材料（类似千层饼结构，很容易剥出完美一层），金属由于每个原子在任意方向均和周围原子有强的金属键相互作用（类似压缩饼干），要想将其重塑为原子极限厚度的二维金属，就好比从压缩饼干中剥出像千层饼那样完整的一层来一样，极具挑战性。

Q：如何把三维金属变成二维金属？

A：如何把三维金属变成二维金属一直是科学家致力实现但又极具挑战的一个难题。我们创新性地发展了范德华挤压技术，成功将三维金属降低至二维，实现了二维金属的制备。和通俗理解的两个平面对顶挤压类似，范德华挤压技术只是采用的压砧为原子级平整且无悬挂键的范德华材料，这是实现二维金属的核心技巧之一。

此外，传统材料是有悬挂键的，在压的时候会和金属成键，制备二维金属，必需采用无悬挂键的范德华材料。

范德华挤压简单看名字不属于原子级的操控，但我们目前实现的结果来看，该技术能够通过调控参数原子级精准地控制二维金属的厚度，实现单层、双层、三层，可以算原子级制造。

Q：二维金属具备哪些新特性？

A：范德华挤压制备的二维金属上下均被单层MoS2所封装，具有非常好的环境稳定性（在超1年的实验测试中无性能退化）和非成键的界面，有利于器件制备以探测二维金属的本征特性。

电学测量表明，单层铋的室温电导率可达～9.0×106 S/m，比块体铋的室温电导率（7.8×105 S/m）高一个数量级以上。并且，单层铋展现出明显的P型电场效应，其电阻可被栅压调控达35%（块体金属通常小于1%），为低功耗全金属晶体管和高频器件提供了新思路。此外，范德华挤压技术还能以原子精度控制二维金属的厚度（即单层、双层或三层），为揭示以前难以企及的层依赖特性提供了可能。

Q：这次研究取得了哪些突破？

A：以前的研究虽然发现了很多二维材料，但是基本局限在二维层状材料。而纵观整个材料数据库，层状材料的占比是非常小的，97.5%以上的是非层状材料，如生活中随处可见的金属。我们原子极限厚度下二维金属的实现超越当前二维层状材料体系，补充了二维材料家族的一大块拼图。

还实现了两个首次：首次实现大面积二维金属材料的制备，首次实现环境稳定的二维金属材料，一年没有任何性能退化。

Q：二维金属的普遍使用具有什么意义？

A：就像三维金属引领了人类文明的铜器、青铜和铁器时代，原子极限厚度的二维金属有望推动下一阶段文明的发展，带来超微型低功耗晶体管、高频器件、透明显示、超灵敏探测、极致高效催化等众多领域的技术革新。

此外，范德华挤压技术为二维金属合金、非晶和其他二维非层状材料也开辟了有效原子级制造方案，为各种新兴的量子、电子和光子器件应用勾勒出美好愿景。