3月13日，《自然》（Nature）在线刊发了中国科学院物理研究所/松山湖材料实验室研究员张广宇团队最新研究成果。他们在科技部重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助下，研究开发了原子级制造的范德华挤压技术，首次实现了埃米极限厚度下各种二维金属的普适制备。

国际审稿人一致给予该工作极高评价：开创了二维金属这一重要研究领域；代表二维材料研究领域的一个重大进展。该工作发展的范德华挤压技术为二维金属、合金和其他二维非范德华材料开辟了有效原子级制造方案，有望为各种新兴的量子、电子和光子器件勾勒出美好的愿景。

范德华挤压技术普适制备埃米极限厚度二维金属。研究团队供图

  ?

自2004年单层石墨烯发现以来，二维材料引领了凝聚态物理、材料科学等领域的系列突破性进展，并开创了基础研究和技术创新的二维新纪元。在过去20年中，二维材料家族迅速扩大，目前实验可获得的二维材料达数百种，理论预测的更是近2000种。然而，这些二维材料基本上局限在范德华层状材料体系。

原子薄极限的二维金属是近年来孜孜以求的新兴二维材料，它的实现不仅可以超越当前二维范德华层状材料体系，拓宽二维材料家族，还有望衍生出各种宏观量子现象，促进理论、实验和技术的进步。但不同于范德华层状材料，金属是高度对称的非范德华材料，各向同性且强的金属键导致二维金属的制备极具挑战。在过去几年中，人们为实现二维金属进行了大量努力，但未能在原子薄极限下实现大尺寸和本征的二维金属。

鉴于此，研究团队开发了原子级制造的范德华挤压技术，通过将金属熔化并利用团队前期制备的高质量单层MoS₂范德华压砧挤压，实现了埃米极限厚度下各种二维金属的普适制备，包括铋 (Bi, 6.3Å)、锡 (Sn, 5.8Å)、铅 (Pb, 7.5Å)、铟 (In, 8.4Å) 和镓 (Ga, 9.2 Å)。范德华挤压制备的二维金属上下均被单层MoS₂所封装，因此具有非常好的环境稳定性（在超1年的测试中无性能退化）和非成键的界面，有利于通过器件制备来探索二维金属的本征特性。

电学测量表明，单层铋的电导率随着温度的降低近线性增加，表现出经典金属行为，室温电导率可达~9.0×10⁶ S/m，比块体铋的室温电导率（～7.8×10⁵ S/m）高一个数量级以上。并且，单层铋展现出明显的P型电场效应，其电阻可被栅电压调控达35%（块体金属通常小于1%），为低功耗全金属晶体管和高频器件的制备阐明了可行性。此外，范德华挤压技术还能以原子精度控制二维金属的厚度（即单层、双层或三层），为揭示以前难以企及的新奇层赝自旋特性提供了可能。

“该研究工作是原子级制造的一个成功案例。我们通过使用两个相对的ML-MoS₂/蓝宝石砧，展示了一种简单、有效且通用的vdW挤压路线，可在原子薄极限下实现2D金属。”论文共同通讯作者张广宇表示，该工作为实现二维金属、合金和其他二维非范德华材料建立了一条有效的途径，为研究新兴的量子、电子和光子现象建立一个多功能的材料平台。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-08711-x