二維金屬的發(fā)現(xiàn)，為新的科學(xué)開辟了道路

（文章來源：老胡說科學(xué)）

單一的金屬原子層被一層石墨烯覆蓋，使得新的層狀材料具有獨(dú)特的性能。由賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員與勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室和橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室合作開發(fā)的原子薄材料平臺(tái)，將在生物分子傳感、量子現(xiàn)象、催化和非線性光學(xué)等領(lǐng)域開辟廣泛的新應(yīng)用。

“我們利用我們對一種特殊類型石墨烯的理解，即所謂的外延石墨烯，來穩(wěn)定原子薄金屬的獨(dú)特形態(tài)，”娜塔莉·布里格斯說，她在《自然材料》雜志上發(fā)表了一篇論文?！坝腥さ氖?，這些原子薄金屬在結(jié)構(gòu)中穩(wěn)定下來，這與它們的塊狀結(jié)構(gòu)完全不同，因此與塊狀金屬相比，它們具有非常有趣的特性。”

傳統(tǒng)上，當(dāng)金屬暴露于空氣中時(shí)，它們會(huì)迅速開始氧化生銹。在短至一秒的時(shí)間內(nèi)，金屬表面會(huì)形成一層銹蝕層，從而破壞金屬的性能。對于二維金屬，這是整個(gè)層。如果你想通過傳統(tǒng)的合成方法把金屬和其他二維材料結(jié)合起來，合成過程中的化學(xué)反應(yīng)會(huì)破壞金屬和層狀材料的性能。為了避免這些反應(yīng)，研究小組開發(fā)了一種方法，在生成二維金屬時(shí)，用單層石墨烯自動(dòng)覆蓋二維金屬。

研究人員首先將碳化硅加熱到高溫。硅離開表面，剩下的碳被重新構(gòu)造成外延石墨烯。重要的是，石墨烯/碳化硅界面只有部分穩(wěn)定，而且?guī)缀跞魏卧囟伎梢院苋菀椎剽g化，前提是該元素可以接觸到該界面。

研究小組用氧等離子體在石墨烯上戳出小孔，然后在高溫下將純金屬粉末蒸發(fā)到石墨烯表面，從而提供了這種方法。金屬原子通過石墨烯的空穴遷移到石墨烯/碳化硅界面，形成碳化硅、金屬和石墨烯的“三明治結(jié)構(gòu)”。產(chǎn)生二維金屬的過程被稱為限制異質(zhì)外延。

約書亞·羅賓遜表示：“由于金屬的局限性，我們之所以稱之為CHet，是因?yàn)樗峭庋拥模ㄋ性佣寂帕性谔蓟柚校?，這是我們在這些系統(tǒng)中看到的獨(dú)特性能的重要方面?！?。

“在這篇論文中，重點(diǎn)是金屬的基本性質(zhì)，這將為一系列新的研究課題提供支撐，”羅賓遜說。“這表明我們能夠開發(fā)新穎的二維材料系統(tǒng)，適用于各種不同的熱點(diǎn)話題如量子，其中石墨烯是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，使我們能夠考慮通常無法組合的非常不同的材料形成超導(dǎo)的基礎(chǔ)?！?/p>

下一步的研究將包括證明這些層狀材料的超導(dǎo)、傳感、光學(xué)和催化性能。除了創(chuàng)造獨(dú)特的2-D金屬，該團(tuán)隊(duì)還在繼續(xù)探索新的2-D半導(dǎo)體材料與CHet，這將是未來電子工業(yè)對硅以外的電子產(chǎn)品感興趣。
（責(zé)任編輯：fqj）