二维金属“纸”入选《物理世界》2025年度“十大科学突破”

英国《物理世界》（Physics World）12月12日正式公布2025年度“十大科学突破”榜单，中国科学院物理研究所张广宇团队“首创二维金属 ‘纸’”入选，同时入选的还包括小行星生命起源线索、分子超流现象等国际重大科学突破。这是本年度唯一入选的中国科学研究成果。

2004年石墨烯的发现开启了二维材料新纪元。自此，全球科学家已制备出数百种二维材料，理论预测更是接近2000种，但这些材料均局限于层状体系——类似 “千层饼”的结构通过弱范德华力结合，可通过机械剥离等方式获得单层。而占元素周期表约80%的金属，因具有非层状结构、强金属键及高对称性，如同 “压缩饼干” 般不可能通过机械剥离方式进行拆分。因此，科学界一直认为获得原子级薄的二维金属“纸”是“不可能完成的任务”。

能否制备出具有奇异特性的二维金属成为一项世界性难题。为攻克这一难题，张广宇团队历时多年攻关，首创“原子制造的范德华挤压技术”，利用团队自主研发的原子级平整单层二硫化钼作为“范德华压砧”，实现了埃米级极限厚度下二维金属的普适制备，成功获得铋（6.3Å）、锡（5.8Å）、铅（7.5Å）、铟（8.4Å）和镓（9.2Å）五种二维金属。这些材料的厚度仅为头发丝直径的二十万分之一、A4纸厚度的百万分之一。这种二维金属“纸”，不但实现了人们在科学上挑战极限的梦想，也极大地丰富了现有材料家族。

初步研究结果揭示，二维金属具有多方面优异特性：制备的二维金属具有超1年无性能退化的环境稳定性，且拥有非成键界面，为探索材料本征特性奠定基础；电学测试表明，单层铋的室温电导率达9.0×10⁶S/m，较块体铋提升一个数量级以上，还展现出独特的P型电场效应，电阻可通过栅压调控35%（超块体金属<1%）；二维金属的厚度可以在原子精度下可控（单层、双层或三层等），为研究新奇层量子限域效应提供了全新平台。

“这一突破不仅填补了二维材料家族的关键拼图，更开辟了全新研究领域。” 该成果论文共同通讯作者杜罗军指出，二维金属有望衍生出量子霍尔效应、二维超导等宏观量子现象，为低功耗晶体管、高频器件、超灵敏探测等技术革新提供核心材料。元素周期表有88种金属元素，目前实现的5种仅仅只是“冰山一角”，加上二元及多元合金，未来尚有上万种二维金属材料待探索，为该领域科学研究和潜在的实际应用留下了广阔空间。

该成果自2025年3月在《自然》发表以来，迅速引发全球学界与媒体高度关注。加州大学欧文分校教授Sanchez-Yamagishi在同期《自然》撰写评论，盛赞其为“实现大面积真正二维金属的令人印象深刻的壮举”。央视综合频道“新闻联播”在全国科技工作者日专题报道中，将其列为基础前沿研究三大代表性原创成果之一，新闻频道进行直播报道。《科学》《物理世界》《人民日报》等50余家国内外权威媒体亮点聚焦，总浏览量超千万。

《物理世界》“十大科学突破”以学术权威性著称，入选成果需满足“科学意义重大、推动知识边界、理论与实验紧密结合、引发全球物理学家广泛关注”四大核心标准。张广宇团队的成果凭借对材料科学的颠覆性贡献、独创技术的普适价值及广阔应用前景，成功跻身榜单，标志着我国在二维金属领域已占据国际领先地位，为该领域贴上“中国标签”。

来源：中国科学院物理研究所

责任编辑：闫文艺