自2004年單層石墨烯發(fā)現(xiàn)以來，二維材料引領(lǐng)了凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)等領(lǐng)域的系列突破性進展，并開創(chuàng)了基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新的二維新紀(jì)元。在過去20年中，二維材料家族迅速擴大，目前實驗可獲得的二維材料達數(shù)百種，理論預(yù)測的更是近 2000 種。然而，這些二維材料基本上局限在范德華層狀材料體系。原子薄極限的二維金屬是近年來孜孜以求的新興二維材料，它的實現(xiàn)不僅可以超越當(dāng)前二維范德華層狀材料體系，拓寬二維材料家族，還有望演生出各種宏觀量子現(xiàn)象，促進理論、實驗和技術(shù)的進步。但不同于范德華層狀材料，金屬是高度對稱的非范德華材料，各向同性且強的金屬鍵導(dǎo)致二維金屬的制備極具挑戰(zhàn)。在過去幾年中，人們?yōu)閷崿F(xiàn)二維金屬進行了大量努力，但未能在原子薄極限下實現(xiàn)大尺寸和本征的二維金屬。

針對挑戰(zhàn)，最近中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心N07課題組提出了原子級制造的范德華擠壓技術(shù)，通過將金屬熔化并利用團隊前期制備的高質(zhì)量單層MoS2范德華壓砧擠壓，實現(xiàn)了埃米極限厚度下各種二維金屬的普適制備，包括鉍 (Bi, 6.3 Å)、錫 (Sn, 5.8 Å)、鉛 (Pb, 7.5 Å)、銦 (In, 8.4 Å) 和鎵 (Ga, 9.2 Å)。范德華擠壓制備的二維金屬上下均被單層MoS2所封裝，因此具有非常好的環(huán)境穩(wěn)定性（在超1年的測試中無性能退化）和非成鍵的界面，有利于器件制備以探索二維金屬的本征特性。電學(xué)測量表明，單層鉍的電導(dǎo)率隨著溫度的降低近線性增加，表現(xiàn)出經(jīng)典金屬行為，室溫電導(dǎo)率可達~9.0×106 S/m，比塊體鉍的室溫電導(dǎo)率（~7.8×105 S/m）高一個數(shù)量級以上。并且，單層鉍展現(xiàn)出明顯的P型電場效應(yīng)，其電阻可被柵電壓調(diào)控達35%（塊體金屬通常小于1%），為低功耗全金屬晶體管和高頻器件闡明了可能。此外，范德華擠壓技術(shù)還能以原子精度控制二維金屬的厚度（即單層、雙層或三層），為揭示以前難以企及的新奇層贗自旋特性提供了的可能。

圖.范德華擠壓技術(shù)普適制備埃米極限厚度二維金屬

這一工作是原子級制造的一個成功案例。國際審稿人一致給予該工作極高評價：“開創(chuàng)了二維金屬這一重要研究領(lǐng)域opens an important research field on isolated 2D metals；“代表二維材料研究領(lǐng)域的一個重大進展represents a major advance in the study of 2D materials”。本工作發(fā)展的范德華擠壓技術(shù)為二維金屬、合金和其他二維非范德華材料開辟了有效原子級制造方案，有望為各種新興的量子、電子和光子器件勾勒出美好的愿景。

相關(guān)研究成果以“Realization of 2D metals at the ångström thickness limit”為題發(fā)表在Nature。中國科學(xué)院物理研究所N07課題組趙交交博士（已畢業(yè)）為該論文的第一作者，杜羅軍特聘研究員和張廣宇研究員為該論文的通訊作者。本研究工作獲得來自中國科學(xué)院物理研究所杜世萱研究員，潘金波副研究員和李佩璇博士等的合作和理論計算支持。得到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項目和中國科學(xué)院等科研項目的資助支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-08711-x