【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】自2004年單層石墨烯發(fā)現(xiàn)以來，二維材料引領了凝聚態(tài)物理、材料科學等領域的系列突破性進展，開創(chuàng)了基礎研究和技術創(chuàng)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(shù)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(xiàn)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(xiàn)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(zhàn)。在過去幾年中，科學家為實現(xiàn)二維金屬做出了大量努力，但未能在原子薄極限下實現(xiàn)大尺寸和本征的二維金屬。
針對上述挑戰(zhàn)，中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)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(zhì)量單層MoS2范德華壓砧擠壓，實現(xiàn)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(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)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(xiàn)出經(jīng)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(shù)量級以上。并且，單層鉍展現(xiàn)出明顯的P型電場效應，其電阻可被柵電壓調(diào)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(fā)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(fā)表在《自然》(Nature)上。審稿人高度評價這一成果：“開創(chuàng)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(fā)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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