在我国神话传说中，哪吒以莲重塑肉身的故事家喻户(hu)晓，而如今，中国科(ke)学家正以另一种方式演绎着“重塑金身”的现代传奇。近(jin)期，中国科(ke)学院(yuan)物(wu)理研究所的科(ke)研团(tuan)队，成功为金属(shu)材料“重塑金身”，实现了厚度(du)仅(jin)为头发丝直(zhi)径的二十万分之一的单原(yuan)子层金属(shu)，为人类探索物(wu)质世(shi)界打开(kai)了全新维度(du)。
3月12日，相关研究成果以《埃(ai)米厚度(du)极限二维金属(shu)的实现》为题发表在国际学术期刊《自(zi)然(ran)》（Nature）。
单层二硫化钼封装的二维金属(shu)铋(bi)。科(ke)普中国 图
据人民网(wang)报(bao)道，国际审稿人一致给予高度(du)评价，认为该(gai)工作(zuo)“开(kai)创了二维金属(shu)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”。
面对如何获得二维金属(shu)的挑战，最近(jin)中国科(ke)学院(yuan)物(wu)理研究所张(zhang)广宇研究员带领团(tuan)队发展了原(yuan)子级制造的范德华挤压技术，实现了原(yuan)子极限厚度(du)下各种二维金属(shu)的普适制备(bei)，包括(kuo)铋(bi)、锡、铅、铟和镓。这些二维金属(shu)的厚度(du)仅(jin)仅(jin)是一张(zhang)A4纸的百万分之一，是一根头发丝直(zhi)径的二十万分之一。如果把一块边长3米的金属(shu)块压成单原(yuan)子层厚，将可以铺满整(zheng)个北京市(shi)的地面。
“原(yuan)子极限厚度(du)二维金属(shu)的实现补(bu)充了二维材料家族的一大块拼图，还有望衍生出(chu)各种宏观量子现象，促进理论、实验和技术的进步。”论文共同(tong)通讯作(zuo)者、中国科(ke)学院(yuan)物(wu)理研究所特聘研究员杜罗军说。
“就像三维金属(shu)引领了人类文明的铜器、青(qing)铜和铁(tie)器时代，原(yuan)子极限厚度(du)二维金属(shu)有望推动下一阶段文明的发展，带来超微(wei)型低功耗晶体管、高频器件、透明显示、超灵敏探测、极致高效(xiao)催(cui)化等众(zhong)多领域的技术革新。此(ci)外，范德华挤压技术为二维金属(shu)合金、非晶和其他二维非层状材料也开(kai)辟了有效(xiao)原(yuan)子级制造方案，为各种新兴的量子、电(dian)子和光子器件应用勾勒出(chu)美好愿(yuan)景(jing)。”论文共同(tong)通讯作(zuo)者、中国科(ke)学院(yuan)物(wu)理研究所研究员张(zhang)广宇说。
3月13日，中国科(ke)学家在《科(ke)学》（Science）上(shang)发表题为“homochiral carbon nanotube van der waals crystals”的研究论文，论文以first release的形(xing)式在Science网(wang)站提(ti)前(qian)在线发表。该(gai)研究开(kai)发了一种制备(bei)碳纳米管阵列的全新方法，成功实现了单一手(shou)性平行密排碳纳米管阵列的直(zhi)接生长，首次得到了碳纳米管范德华晶体结构，并演示了所制备(bei)的碳纳米管阵列可用于制造高性能场效(xiao)应晶体管器件。
碳纳米管是碳材料家族（包括(kuo)金刚石、石墨烯、足球烯等）中的一员明星，于1991年首次被实验发现。碳纳米管可以看成是由石墨烯卷曲而成的一维管子，直(zhi)径仅(jin)有1纳米，是目前(qian)已知最细的材料。这种材料的电(dian)子迁移率远超传统硅基材料，为制造更快、更小、更节能的晶体管提(ti)供了可能，被视为未来电(dian)子器件的理想材料之一，有望推动下一代计算机芯(xin)片的革新。
在实际芯(xin)片应用中，需(xu)要大量结构完全相同(tong)的半导(dao)体性碳纳米管以高度(du)有序的方式排列在一起，以提(ti)高器件的一致性和功能性。然(ran)而，直(zhi)接生长的碳纳米管手(shou)性结构随机，性质极难控制，统计上(shang)有1/3的碳管表现出(chu)金属(shu)性，2/3的碳管表现为半导(dao)体性，而且通常存(cun)在排列方向混乱的问题，严重制约了碳纳米管在集(ji)成电(dian)路(lu)中的应用。
诺贝尔奖得主Richard E. Smalley教授曾在2001年提(ti)出(chu)碳纳米管研究领域的一个重要难题和研究目标：如何制备(bei)出(chu)由单一手(shou)性碳纳米管整(zheng)齐平行紧密排列而成的晶体结构？国内外许(xu)多科(ke)学家都在尝试攻克这一难题。然(ran)而，二十多年过去了，Smalley教授提(ti)出(chu)的目标一直(zhi)未能实现。
针对以上(shang)挑战，上(shang)海交(jiao)通大学史志文团(tuan)队联合武汉大学欧阳稳根团(tuan)队、浙江大学金传洪团(tuan)队和中科(ke)院(yuan)物(wu)理所张(zhang)广宇团(tuan)队，独辟蹊径开(kai)发出(chu)全新的滑移自(zi)组装生长技术，在原(yuan)子级平整(zheng)的六方氮化硼基底上(shang)实现了单一手(shou)性密排的碳纳米管阵列的直(zhi)接生长，形(xing)成碳纳米管范德华晶体这一完美结构。
论文共同(tong)第一作(zuo)者为上(shang)海交(jiao)通大学物(wu)理与天文学院(yuan)张(zhang)智淳、陈一、沈沛约、陈佳俊博士、武汉大学王森和浙江大学汪博博士。共同(tong)通讯作(zuo)者为史志文教授、梁齐教授、陈佳俊博士、中国科(ke)学院(yuan)物(wu)理所张(zhang)广宇研究员、浙江大学金传洪教授和武汉大学欧阳稳根教授。论文合作(zuo)者还包括(kuo)上(shang)海交(jiao)通大学贾金锋教授、钱冬教授、王国华博士、马赛(sai)群、周先亮、娄硕、吴正瀚、谢宇烽、张(zhang)诚嘉、王立果、李昊楠、徐琨(kun)淇(qi)博士、浙江大学王孝群教授、中科(ke)院(yuan)物(wu)理所杨威研究员、日本国立材料研究所Kenji Watanabe教授和Takashi Taniguchi教授。
在上(shang)述两(liang)项研究成果中，中国科(ke)学院(yuan)物(wu)理所研究员张(zhang)广宇均参与其中，并名列论文作(zuo)者之一。
张(zhang)广宇，男，1977年生，现任(ren)中科(ke)院(yuan)物(wu)理研究所研究员，博士生导(dao)师。张(zhang)广宇本科(ke)毕业(ye)于山东大学物(wu)理系，后(hou)在中科(ke)院(yuan)物(wu)理研究所获博士学位，曾在美国Stanford大学从事博士后(hou)工作(zuo)，2008年担任(ren)中科(ke)院(yuan)物(wu)理研究所纳米实验室N07课题组组长，2014年起担任(ren)中科(ke)院(yuan)物(wu)理研究所纳米实验室主任(ren)。
张(zhang)广宇主要研究方向包括(kuo)：低维材料和纳米器件，石墨烯及二维半导(dao)体等材料的高质量外延与纳米精度(du)加工，基于二维材料的异质结构的叠层设计与人工构造，低维材料中与电(dian)子与自(zi)旋相关的输运性质研究，面向信息领域的低维材料新型纳米电(dian)子、光电(dian)与量子器件。
张(zhang)广宇在Science, Nature Materials, Nature Nanotechnology, Nature Communications, PNAS, Advanced Materials, Nano Letters, JACS, ACS Nano, Small, PRB, APL等杂志上(shang)发表论文60余篇，总引用次数>4000次。获得国际学术会议邀请报(bao)告30余次。担任(ren)《Scientific Reports》《Nano Research》等国际学术期刊的编委。
另外，张(zhang)广宇还是2023年中国科(ke)学院(yuan)数学物(wu)理学部院(yuan)士增(zeng)选有效(xiao)候选人。