在我国神话传说中，哪吒以莲重塑肉身的故事家喻户晓，而如今，中国科学家正以另一种方式演绎着“重塑金身”的现代传奇。近期，中国科学院物理研究所的科研团队，成功为金属材料“重塑金身”，实现了厚度仅为头发丝直径的二十万分之一的单原子层金属，为人类探索物质世界打开了全新维度。
3月12日，相关研究成果以《埃米厚度极限二维金属的实现》为题发表在国际学术期刊《自然》（Nature）。
单层二硫化钼封装的二维金属铋。科普中国 图
据人民网报道，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”。
面对如何获得二维金属的挑战，最近中国科学院物理研究所张广宇研究员带领团队发展了原子级制造的范德华挤压技术，实现了原子极限厚度下各种二维金属的普适制备，包括铋、锡、铅、铟和镓。这些二维金属的厚度仅仅是一张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，将可以铺满整个北京市的地面。
“原子极限厚度二维金属的实现补充了二维材料家族的一大块拼图，还有望衍生出各种宏观量子现象，促进理论、实验和技术的进步。”论文共同通讯作者、中国科学院物理研究所特聘研究员杜罗军说。
“就像三维金属引领了人类文明的铜器、青铜和铁器时代，原子极限厚度二维金属有望推动下一阶段文明的发展，带来超微型低功耗晶体管、高频器件、透明显示、超灵敏探测、极致高效催化等众多领域的技术革新。此外，范德华挤压技术为二维金属合金、非晶和其他二维非层状材料也开辟了有效原子级制造方案，为各种新兴的量子、电子和光子器件应用勾勒出美好愿景。”论文共同通讯作者、中国科学院物理研究所研究员张广宇说。
3月13日，中国科学家在《科学》（Science）上发表题为“homochiral carbon nanotube van der waals crystals”的研究论文，论文以first release的形式在Science网站提前在线发表。该研究开发了一种制备碳纳米管阵列的全新方法，成功实现了单一手性平行密排碳纳米管阵列的直接生长，首次得到了碳纳米管范德华晶体结构，并演示了所制备的碳纳米管阵列可用于制造高性能场效应晶体管器件。
碳纳米管是碳材料家族（包括金刚石、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，直径仅有1纳米，是目前已知最细的材料。这种材料的电子迁移率远超传统硅基材料，为制造更快、更小、更节能的晶体管提供了可能，被视为未来电子器件的理想材料之一，有望推动下一代计算机芯片的革新。
在实际芯片应用中，需要大量结构完全相同的半导体性碳纳米管以高度有序的方式排列在一起，以提高器件的一致性和功能性。然而，直接生长的碳纳米管手性结构随机，性质极难控制，统计上有1/3的碳管表现出金属性，2/3的碳管表现为半导体性，而且通常存在排列方向混乱的问题，严重制约了碳纳米管在集成电路中的应用。
诺贝尔奖得主Richard E. Smalley教授曾在2001年提出碳纳米管研究领域的一个重要难题和研究目标：如何制备出由单一手性碳纳米管整齐平行紧密排列而成的晶体结构？国内外许多科学家都在尝试攻克这一难题。然而，二十多年过去了，Smalley教授提出的目标一直未能实现。
针对以上挑战，上海交通大学史志文团队联合武汉大学欧阳稳根团队、浙江大学金传洪团队和中科院物理所张广宇团队，独辟蹊径开发出全新的滑移自组装生长技术，在原子级平整的六方氮化硼基底上实现了单一手性密排的碳纳米管阵列的直接生长，形成碳纳米管范德华晶体这一完美结构。
论文共同第一作者为上海交通大学物理与天文学院张智淳、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。共同通讯作者为史志文教授、梁齐教授、陈佳俊博士、中国科学院物理所张广宇研究员、浙江大学金传洪教授和武汉大学欧阳稳根教授。论文合作者还包括上海交通大学贾金锋教授、钱冬教授、王国华博士、马赛群、周先亮、娄硕、吴正瀚、谢宇烽、张诚嘉、王立果、李昊楠、徐琨淇博士、浙江大学王孝群教授、中科院物理所杨威研究员、日本国立材料研究所Kenji Watanabe教授和Takashi Taniguchi教授。
在上述两项研究成果中，中国科学院物理所研究员张广宇均参与其中，并名列论文作者之一。
张广宇，男，1977年生，现任中科院物理研究所研究员，博士生导师。张广宇本科毕业于山东大学物理系，后在中科院物理研究所获博士学位，曾在美国Stanford大学从事博士后工作，2008年担任中科院物理研究所纳米实验室N07课题组组长，2014年起担任中科院物理研究所纳米实验室主任。
张广宇主要研究方向包括：低维材料和纳米器件，石墨烯及二维半导体等材料的高质量外延与纳米精度加工，基于二维材料的异质结构的叠层设计与人工构造，低维材料中与电子与自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子、光电与量子器件。
张广宇在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告30余次。担任《Scientific Reports》《Nano Research》等国际学术期刊的编委。
另外，张广宇还是2023年中国科学院数学物理学部院士增选有效候选人。
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