科学家们实现了用于二维金属原子制造的通用技术——范德瓦尔斯压缩

自2004年石墨烯的突破性发现以来，二维（2D）材料令人眼花缭乱的进展速度迎来了基础研究和技术创新的新时代。尽管理论上预测了近2000种二维材料，并在实验室环境中创造了数百种，但这些二维材料大多仅限于范德华（vdW）层状晶体

长期以来，科学家们一直热衷于开发原子薄的2D金属，从而将2D材料家族扩展到vdW分层结构之外。这些超薄2D金属也将有助于探索新的物理和新的器件架构。在过去的几年里，人们已经进行了许多尝试来实现二维金属，但这些尝试都未能实现原子薄极限下的大尺寸、原始二维金属

然而，现在，中国科学院物理研究所（IOP）的研究人员已经开发出一种方便、通用的原子级制造技术，称为vdW挤压，用于在埃厚度极限下生产二维金属。这项研究最近发表在《自然》杂志上

制造技术涉及在高压下在两个刚性vdW砧之间熔化和挤压纯金属。通过这种方法，研究人员生产了各种原子薄的二维金属，包括Bi（~6.3℉），Sn（~5.8℉），Pb（~7.5℉），In（~8.4℉）和Ga（~9.2℉）。

vdW砧由蓝宝石上外延生长的两个单晶MoS2单层组成。砧座对于生产二维金属至关重要，原因有两个。首先，单层MoS2/蓝宝石的原子级平坦、无悬空键表面确保了大规模上均匀的2D金属厚度。其次，蓝宝石和单层MoS2的高杨氏模量（＞300GPa）使它们能够承受极端压力，使在两个砧座之间形成的2D金属接近其埃厚度极限

通过该工艺合成的2D金属通过两个MoS2单层之间的完全封装而稳定，使其环境稳定并确保非键合界面。这种结构通过允许访问其以前不可用的固有传输特性，促进了器件的制造

单层铋的电学和光谱测量显示了优异的物理性能，包括显著增强的电导率、具有p型行为的强场效应、大的非线性霍尔电导率和新的声子模式

这种vdW压缩原子级制造方法不仅提供了一种实现各种2D金属的通用方法，还可以通过控制压缩压力以原子精度控制2D金属的厚度（即单层、双层或三层）。这种方法为揭示二维金属的奇异层依赖特性提供了非凡的机会，这在以前是不可能的

该研究的通讯作者、IOP的张光宇教授表示，vdW压缩技术为制造2D金属合金以及非晶态和其他2D非vdW化合物提供了一种有效的原子级方法。他还指出，这种方法为各种新兴的量子、电子和光子器件勾勒出了“光明的前景”。他强调，这一新的研究领域在未来有“很大的发展空间” More information: Guangyu Zhang, Realization of 2D metals at the ångström thickness limit, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08711-x. www.nature.com/articles/s41586-025-08711-x

Journal information: Nature