3月12日，顶刊《自然》杂志发布一项重大突破：中国科学家暴力挤压金属，成功实现金属原子级别的二维化，最薄的铋薄膜仅有两个原子厚度，堪称"世界最薄金属"！
这一"压力山大"的研究成就不仅填补了二维材料领域的重要空白，更为未来量子计算、超高速电子器件和能源催化开辟了全新道路。国际审稿人一致给予高度评价，认为该工作"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"。
8年磨一剑，暴力降服金属原子说起二维材料，你可能首先会想到石墨烯——这种由单层碳原子构成的神奇材料自2004年被发现以来，已经彻底改变了材料科学的格局。
但你知道吗？尽管科学家们预测了近2000种二维材料，实验室也成功制备了数百种，但几乎所有材料都属于范德瓦尔斯层状晶体——简单来说，它们天生就是"千层饼"结构，薄片之间的黏合力很弱，很容易被剥离。
而金属？那可是另一种"脾气"！金属由于每个原子在任意方向均和周围原子有强的金属键相互作用，结构更像是"压缩饼干"而非"千层饼"。想从这样的结构中获取单原子层的金属，就好比从压缩饼干中剥出像千层饼那样完整的一层来，难度可想而知！
更麻烦的是，即使勉强把它们拉开，由于单层金属原子在热力学上极不稳定，它们会立刻重新聚集在一起，或者与空气中的氧气反应降解。这就是为什么科学家们尝试了多年，却始终无法制备出大面积、高质量的原子级二维金属。
中国科学院物理研究所张广宇研究员团队花了整整8年时间，发现二硫化钼（MoS₂）单层可以稳定金属薄膜时，终于成功研发出一种全新的"暴力范德瓦尔斯挤压法"（vdW squeezing），强行取得了这项惊人的突破！
硬核挤压：用蓝宝石"铁钳"暴力压扁金属原子那么，科学家们是如何实现这一看似不可能的任务的呢？答案是——暴力，纯粹的物理暴力！
想象你有两块极其坚硬、表面绝对平整的蓝宝石，硬度堪比钻石，上面覆盖着一层薄如蝉翼的二硫化钼单层膜，这就是科学家们打造的"原子级铁钳"。
科学家们把一小块金属粉末放在这对"钢铁猛兽"之间，然后加热到400℃左右，让金属变成液态小水滴。接下来就是最激动人心的一步——施加高达20万帕的惊人压力（相当于海底2000米的压力，足以将普通物体压得粉碎），硬生生将这些不情愿的金属原子暴力挤压成超薄的二维片层。
这个过程虽然听起来简单，但需要精确控制温度、压力和材料质量。最神奇的是，当压力撤去后，这些被挤压成二维状态的金属原子并没有立即回弹或氧化，而是被两层二硫化钼稳定地夹在中间，就像三明治一样——中间是美味的金属馅料，两边是保护它不变质的二硫化钼"面包片"。研究团队证实，这些被夹在"面包片"中间的二维金属非常稳定，历经一年都没有任何性能退化，这在二维金属研究中是前所未有的成就！
通过这种方法，研究团队成功制备出了多种二维金属，包括铋（~6.3埃）、锡（~5.8埃）、铅（~7.5埃）、铟（~8.4埃）和镓（~9.2埃），厚度仅为2-3个原子层。其中，最薄的铋薄膜仅有两个原子层厚度！要知道，这些金属薄膜的厚度是一张A4纸的百万分之一，是一根头发丝直径的二十万分之一。如果把一块边长3米的金属块压成单原子层厚，可以铺满整个北京市的地面！
超能力觉醒：当金属变成"二维超人"当金属被压缩到如此极致的薄度时，它们的物理性质会发生戏剧性变化。就像漫威电影里的超级英雄获得超能力一样，这些二维金属也展现出了令人惊叹的新特性：
电导率显著增强：二维铋薄膜的电导率远超其块体形态，意味着电子在其中流动得更加自由高效。
显著的场效应和p型行为：这使得它们在电子器件中展现出更好的控制性。
大的非线性霍尔电导率：这一特性对于开发新型电子和量子器件至关重要。
全新的声子模式：这些微观振动模式与常规金属完全不同，为材料科学开辟了新的研究方向。
这些特性让二维金属在多个前沿领域展现出巨大应用潜力：超低功耗晶体管、透明显示屏、高效催化剂、量子计算部件等等，离我们的日常生活可能比想象中更近。
"暴力美学"：极端压力造就材料奇迹那么，这项突破性的"暴力技术"的秘密究竟在哪里？为什么以前没人能做到，而中国科学家却成功了？答案就藏在两个关键因素中：
超级"挤压武器"：研究团队使用的蓝宝石和单层二硫化钼具有极高的杨氏模量（>300 GPa），堪比宇宙中最坚硬的物质之一。这意味着它们在高压下纹丝不动，能够毫不心软地传递极端压力，就像一对不可摧毁的"原子级液压机"。同时，二硫化钼的表面原子级平整，没有悬挂键，确保了暴力挤压过程中二维金属在大范围内被均匀碾压。
完全包裹的保护层：二硫化钼单层不仅作为"挤压工具"，还充当保护层完全包裹二维金属，形成非键合界面，这让二维金属在常温下稳定存在，同时保持其本征性质不受干扰。
更厉害的是，科学家们还可以通过控制挤压压力，精确控制二维金属的厚度——单层、双层或三层，精度达到原子级别！这就像是一个可以按照需求定制的"原子级3D打印机"。
并非完美无缺：技术局限与未来挑战当然，任何技术都不是十全十美的，这种突破性方法也面临一些局限和挑战：
二硫化钼包裹层无法轻易移除：尽管实验表明这些包裹层不影响电导率，但对某些应用可能会有限制。
制备过程复杂：需要精确控制温度、压力和材料质量，增加了量产难度。
面积有限：目前制备的二维金属样品尺寸还相对较小，还需进一步研究如何扩大面积。
不过，正如中科院物理所张广宇教授所说：范德瓦尔斯挤压技术为制造二维金属合金、非晶态材料和其他非范德瓦尔斯二维化合物提供了有效的原子级方法。这一领域未来有广阔的发展空间。"
暴力之下的温柔革命从石墨烯到二维金属，人类对材料的探索一直在向着更薄、更强、更智能的方向发展。中国科学家这一"暴力美学"的突破不仅填补了二维材料家族的重要空白，更为探索二维金属奇异的层依赖性质打开了大门——这在以前是完全不可能的。
有时候，最伟大的柔软，诞生于最极致的暴力。
参考文献：
Zhao, J., Li, L., Li, P. et al. Realization of 2D metals at the ångström thickness limit. Nature 639, 354–359 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08711-x
