中国首个二维金属入围《物理世界》2025年十项重大突破

北京12月17日电 日前，由英国物理学会主办的《物理世界》杂志公布了“2025年度十大科学突破”榜单。中国科学院物理研究所、北京凝聚态物理研究中心张广宇团队主导的“首例二维金属制备”项目名列其中。

自2009年该榜单创立以来，中国本土主导的科学突破已第7次榜上有名。今年，张广宇团队的研究成为唯一入选的中国成果，其成就与小行星生命迹象发现、分子超流研究等全球重大科学进步共同入选。

自从2004年石墨烯的发现将二维材料推向研究前沿，全球科学界已制得上百种二维材料。尽管理论上预测可制备近2000种，但迄今只有与层状结构（类似“千层饼”）相关的材料能够通过剥离等方法“削”到单原子厚度。相比之下，元素周期表上高达八成的金属元素因不具备层状结构、原子键极强，类似于“压缩饼干”般难以分割，制备出原子级厚度的二维金属长期被认为几乎不可能完成。这一难题也因此成为二维材料领域长久未解的悬案。

针对上述挑战，张广宇团队通过多年的技术攻关，创立了“原子制造范德华挤压技术”。他们以自主开发的原子级平坦单层二硫化钼为“范德华夹具”，将金属压制到埃米级极限厚度。借助这一突破性工艺，研究团队成功获得了铋（6.3?）舆情网、锡（5.8?）、铅（7.5?）、铟（8.4?）、镓（9.2?）五种二维金属材料，这些金属的厚度约为头发丝的二十万分之一、A4纸的百万分之一。

这一创新方法带来的技术优势十分突出：制备出的二维金属可在空气中长期保持稳定，性能一年多无明显衰减；材料表面没有多余化学键合界面，适合探索其内在特性。单层铋在室温下的电导率达到9.0×10?S/m，比传统块体铋高出一个数量级；并且具有独特的P型电场效应，电阻可通过门控调节35%（相比块体金属小于1%）。技术还可精确控制二维金属厚度（单层、双层、三层），为开发和研究层赝自旋等新奇量子特性提供了全新实验平台。

正如论文共同通讯作者杜罗军特聘研究员所说，这项成果不仅弥补了二维材料版图中的关键空白，也为相关基础研究和应用技术带来新方向。未来，二维金属材料有望进一步催生高温量子霍尔效应、二维超导等宏观量子现象，在低功耗电子器件、高频元件以及超灵敏传感等领域提供核心材料。目前已取得突破的仅为五种金属，随着二元、多元合金等方向的探索，预计上万种新的二维金属有待开发，为前沿材料研究开辟巨大空间。

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