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二維金屬“紙”入選《物理世界》2025年度“十大科學突破” 已有1人參與
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二維金屬“紙”入選《物理世界》2025年度“十大科學突破” 2025-12-14 來源: 物理研究所【字體:大 中 小】語音播報 英國《物理世界》(Physics World)12月12日正式公布2025年度“十大科學突破”榜單,中國科學院物理研究所張廣宇團隊“首創(chuàng)二維金屬‘紙’”入選,同時入選的還包括小行星生命起源線索、分子超流現(xiàn)象等國際重大科學突破。這是本年度唯一入選的中國科學研究成果。 2004年石墨烯的發(fā)現(xiàn)開啟了二維材料新紀元。自此,全球科學家已制備出數(shù)百種二維材料,理論預測更是接近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)通過弱范德華力結(jié)合,可通過機械剝離等方式獲得單層。而占元素周期表約80%的金屬,因具有非層狀結(jié)構(gòu)、強金屬鍵及高對稱性,如同“壓縮餅干”般不可能通過機械剝離方式進行拆分。因此,科學界一直認為獲得原子級薄的二維金屬“紙”是“不可能完成的任務”。 能否制備出具有奇異特性的二維金屬成為一項世界性難題。為攻克這一難題,張廣宇團隊歷時多年攻關(guān),首創(chuàng)“原子制造的范德華擠壓技術(shù)”,利用團隊自主研發(fā)的原子級平整單層二硫化鉬作為“范德華壓砧”,實現(xiàn)了埃米級極限厚度下二維金屬的普適制備,成功獲得鉍(6.3Å)、錫(5.8Å)、鉛(7.5Å)、銦(8.4Å)和鎵(9.2Å)五種二維金屬。這些材料的厚度僅為頭發(fā)絲直徑的二十萬分之一、A4紙厚度的百萬分之一。這種二維金屬“紙”,不但實現(xiàn)了人們在科學上挑戰(zhàn)極限的夢想,也極大地豐富了現(xiàn)有材料家族。 初步研究結(jié)果揭示,二維金屬具有多方面優(yōu)異特性:制備的二維金屬具有超1年無性能退化的環(huán)境穩(wěn)定性,且擁有非成鍵界面,為探索材料本征特性奠定基礎(chǔ);電學測試表明,單層鉍的室溫電導率達9.0×106S/m,較塊體鉍提升一個數(shù)量級以上,還展現(xiàn)出獨特的P型電場效應,電阻可通過柵壓調(diào)控35%(超塊體金屬<1%);二維金屬的厚度可以在原子精度下可控(單層、雙層或三層等),為研究新奇層量子限域效應提供了全新平臺。 “這一突破不僅填補了二維材料家族的關(guān)鍵拼圖,更開辟了全新研究領(lǐng)域!痹摮晒撐墓餐ㄓ嵶髡叨帕_軍指出,二維金屬有望衍生出量子霍爾效應、二維超導等宏觀量子現(xiàn)象,為低功耗晶體管、高頻器件、超靈敏探測等技術(shù)革新提供核心材料。元素周期表有88種金屬元素,目前實現(xiàn)的5種僅僅只是“冰山一角”,加上二元及多元合金,未來尚有上萬種二維金屬材料待探索,為該領(lǐng)域科學研究和潛在的實際應用留下了廣闊空間。 該成果自2025年3月在《自然》發(fā)表以來,迅速引發(fā)全球?qū)W界與媒體高度關(guān)注。加州大學歐文分校教授Sanchez-Yamagishi在同期《自然》撰寫評論,盛贊其為“實現(xiàn)大面積真正二維金屬的令人印象深刻的壯舉”。央視綜合頻道“新聞聯(lián)播”在全國科技工作者日專題報道中,將其列為基礎(chǔ)前沿研究三大代表性原創(chuàng)成果之一,新聞頻道進行直播報道!犊茖W》《物理世界》《人民日報》等50余家國內(nèi)外權(quán)威媒體亮點聚焦,總瀏覽量超千萬。 《物理世界》“十大科學突破”以學術(shù)權(quán)威性著稱,入選成果需滿足“科學意義重大、推動知識邊界、理論與實驗緊密結(jié)合、引發(fā)全球物理學家廣泛關(guān)注”四大核心標準。張廣宇團隊的成果憑借對材料科學的顛覆性貢獻、獨創(chuàng)技術(shù)的普適價值及廣闊應用前景,成功躋身榜單,標志著我國在二維金屬領(lǐng)域已占據(jù)國際領(lǐng)先地位,為該領(lǐng)域貼上“中國標簽”。 |

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