神话故事中，哪吒以莲藕重塑肉身，关键在材料选择。与之类似，科学家通过相关技术手段，把三维金属变成二维金属，使材料获得“新生命”。近日，中国科学院物理研究所全球首次实现了大面积二维金属材料的制备，填补了二维材料领域的空白。相关研究成果在《自然》杂志上发表。

什么是二维金属

在日常生活中，我们见到的金、银、铜、铁等金属材料都具有一定长度、宽度和高度，是三维材料。在三维世界，真正“打”掉一个维度的二维材料并不存在。我们所说的二维材料，指的是厚度为单个原子或者少数几个原子的材料，并非绝对的零厚度。

2004年，科学家成功制备出单原子层的石墨烯，正是这一由碳原子组成的二维材料，开启了二维材料研究的新纪元。自此，科学家就琢磨着把更多材料变成二维形式，金属自然也成为目标之一。

“二维金属，简单来说就是把金属材料‘压’得超级薄，薄到只有一个或几个原子的厚度。”中国科学院物理研究所博士王利邦说，这种厚度几乎可以忽略，就如同一张由金属原子组成的“纸”。

那么，这张“纸”到底有多薄呢？

中国科学院物理研究所制备出的二维金属，厚度仅仅是一张A4纸厚度的百万分之一。“把一块边长3米的金属块‘压’成单原子层厚的二维金属，能铺满整个北京市的地面。”王利邦说。

这一成果填补了二维材料家族的一大块拼图，开创二维金属研究新领域，被国际审稿人评价为“代表二维材料研究领域的一个重大进展”。

为何只能“挤”出来

早在20多年前，石墨烯就已经抢下了人类首次发现的二维材料“宝座”，二维金属为何还如此受推崇呢？

因为制备石墨烯的三维母体材料石墨片，是一种层状结构的三维固体材料。它就像是一张“千层饼”，层与层之间由较弱的范德华力（分子间作用力）相连。科学家可以像“撕便笺纸”一样，将石墨片“撕”成一张张只有单原子厚度的石墨烯。在石墨烯出现之后不久，氮化硼、二硫化钼、二硫化钨等二维材料也陆续登场。

“这些二维材料的母体基本都是层状固体材料，在人类的整个材料数据库中的占比只有不到3%，而包括常见的金属在内，超过97%的材料都是非层状结构的。”王利邦说，金属原子间的强金属键就像强力胶水，把原子360度紧密粘在一起，形成“压缩饼干”结构。要把金属“重塑”成二维，就好比从一块压缩饼干里完整剥出一层，难度极高。

面对这一难题，中国科学院物理研究所的研究团队另辟蹊径，发展了原子级制造的范德华挤压技术，采用原子级平整、表面无悬挂键的二硫化钼作为压砧，将高温熔化后的金属液滴夹在两个压砧中间不断加压，成功“挤”出了铋、锡、铅、铟和镓等多种二维金属。

材料领域的“新宠”

二维金属的诞生，为众多领域的技术革新带来了无限可能。

二维金属拥有原子级厚度和高导电特性，是制造超微型低功耗晶体管和高频电子器件的理想选择。而其很好的柔韧性，既能制作柔性显示屏等高性能柔性器件，也可以构筑纳米以下的大规模柔性集成电路。“未来的智能手机、计算机等电子产品，有望采用二维金属制造的晶体管，实现更高的性能和更低的功耗。”王利邦说。

二维金属能实现单分子级检测灵敏度，可显著提升生物、气体及光学传感器的性能指标，在环境监测、医疗诊断等多个领域中发挥重要作用；二维金属的高导电性和表面活性，也是非常理想的电极材料，所制造的电池和超级电容器能实现更高的能量密度和更长的续航时间；二维金属所拥有的量子相干特性，也是实验探索量子霍尔效应的绝佳载体……

从石器时代到青铜时代，金属材料的革新始终推动着人类文明跃迁。中国科学院物理研究所的研究团队在二维金属上的突破，让金属在原子尺度焕发新生。更重要的是，这场“降维革命”不仅属于实验室，更将渗透进生活的每个角落。或许不久的将来，我们手中的透明设备、头顶的量子卫星等都会留下二维金属的“印记”。