摘要：在此，来自中国科学院物理研究所&中国科学院大学的杜罗军以及中国科学院物理研究所、中国科学院大学和松山湖材料实验室的张广宇等研究者开发了一种vdW挤压方法，在埃量级厚度极限下实现多种二维金属(包括Bi，Ga，In，Sn和Pb)。相关论文以题为“Realizati

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二维金属是许多新兴现象的研究热点，近年来引起了人们的广泛关注。

与广泛研究的二维范德华（vdW）层状材料不同，二维金属的制备极具挑战性，因为它们在热力学上是不稳定的。

在此，来自中国科学院物理研究所&中国科学院大学的杜罗军以及中国科学院物理研究所、中国科学院大学和松山湖材料实验室的张广宇等研究者开发了一种vdW挤压方法，在埃量级厚度极限下实现多种二维金属(包括Bi，Ga，In，Sn和Pb)。相关论文以题为“Realization of 2D metals at the ångström thickness limit”于2025年03月12日发表在Nature上。

将材料的厚度缩减至原子级极限，通常能够赋予其独特的物理性质，而这些特性在块体材料中难以实现。

近年来，二维材料领域的突破正是这一现象的有力见证。

迄今为止，人们已经成功制备出多种二维材料，例如绝缘体六方氮化硼（hBN）、半导体二硫化钼（MoS₂）以及半金属石墨烯（graphene）。

目前，大多数已知的二维材料主要局限于范德华（vdW）层状晶体，这类材料的层间相互作用较弱，因此可以通过机械剥离等方式从块体材料中分离出来。

相比之下，原子级超薄的二维金属材料备受关注，因为它们不仅能拓展二维材料家族的范畴，突破传统vdW层状体系的限制，还能推动理论研究、实验探索和技术应用的进步。

例如，二维金属可能带来新的量子光学效应、拓扑边缘态、超导性、金属铁电性、量子格里菲斯奇异性（Quantum Griffiths Singularity）、优异的非线性效应、高效催化性能以及全金属晶体管等前沿研究方向。

然而，与范德华层状材料不同，非vdW材料（如金属）通常具有高度对称的结构，并且原子间结合力极强，因此很难在原子级极限上实现其二维形态。

理论上，自由悬挂的单层金属原子在热力学上是不稳定的，因此需要借助环境约束来稳定其二维结构。

目前的主要技术手段包括：利用分子束外延（MBE）在某些材料（包括vdW晶体）表面生长二维金属岛，或者通过插层（Intercalation）技术将二维金属嵌入到vdW层状材料与基底（如SiC或Ru）之间的界面。

然而，这些方法获得的二维金属通常呈现纳米级的分段岛状结构，表面不规则，或与基底形成强相互作用，从而难以研究其本征性质，同时也限制了其在技术上的应用。

此外，暴露在环境中生长于表面的二维金属容易被氧化，进一步加剧了其稳定性问题。

值得注意的是，传统的热压（Hot-Pressing）方法提供了一种简便的制备金属薄膜的途径。该方法通过在高温下对块体金属（固态或液态）进行压缩，以降低其厚度。

然而，已有研究表明，热压法制备的金属薄膜最小厚度仍在几纳米量级，远未达到原子级极限。

在本文中，研究者提出了一种简单、高效且具有通用性的“范德华挤压（vdW Squeezing）”方法，利用两块刚性vdW砧（Anvils）在高压条件下对金属进行挤压，从而制备出大面积、厚度达埃（Ångström）量级的二维金属。

实验结果表明，该方法适用于多种二维金属晶体，包括Bi（铋）、Ga（镓）、In（铟）、Sn（锡）和Pb（铅），展现出极强的普适性。

此外，这些所获得的二维金属通过两个MoS2单层之间的完整封装而稳定下来，并呈现非键合界面，使其能够获得内在特性。

以二维Bi晶体为例，研究者详细研究了其原子结构、光学和电子性质，观察到新的声子模式、显著增强的电导率、表现出p型特性的场效应，以及较大的非线性霍尔导电性。

这些发现，为二维金属材料的基础研究和未来应用提供了新的可能性。

图1 二维金属的vdW挤压工艺。

图2 单层铋的原子结构。

图3 单层铋的电学性质。

图4 依赖层数的性质。

综上所述，研究者提出了一种简单、高效且普适的范德华（vdW）挤压策略，在原子级厚度极限下成功合成了二维金属。

通过使用两块相对放置的单层 MoS2/蓝宝石砧，研究者实现了包括 Bi、Ga、In、Sn 和 Pb 在内的多种二维金属，并将其厚度压缩至埃（Å）级极限。

得益于单层 MoS2的完全封装，这些二维金属在环境中保持高度稳定，并保持其本征特性，这一特性在Bi、Sn、Pb 样品中得到了验证。

值得注意的是，封装的单层 Bi 在实验测试中至少可稳定存续 1 年。然而，如果特定应用需要暴露其表面，这些二维金属难以从 MoS2封装层中分离。

以二维 Bi 为例，研究者发现了许多此前未知的新物理特性。此外，研究者预见这一vdW挤压技术将为二维金属合金以及其他多种非 vdW结合的二维化合物的制备提供有效途径，构建出一个通用的材料平台，以探索新兴的量子、电子和光学现象。

参考文献

Zhao, J., Li, L., Li, P.et al. Realization of 2D metals at the ångström thickness limit. Nature 639, 354–359 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08711-x

来源：华算科技