二维金属的发现，为新的科学开辟了道路

（文章来源：老胡说科学）

单一的金属原子层被一层石墨烯覆盖，使得新的层状材料具有独特的性能。由宾夕法尼亚州立大学的研究人员与劳伦斯伯克利国家实验室和橡树岭国家实验室合作开发的原子薄材料平台，将在生物分子传感、量子现象、催化和非线性光学等领域开辟广泛的新应用。

“我们利用我们对一种特殊类型石墨烯的理解，即所谓的外延石墨烯，来稳定原子薄金属的独特形态，”娜塔莉·布里格斯说，她在《自然材料》杂志上发表了一篇论文。“有趣的是，这些原子薄金属在结构中稳定下来，这与它们的块状结构完全不同，因此与块状金属相比，它们具有非常有趣的特性。”

传统上，当金属暴露于空气中时，它们会迅速开始氧化生锈。在短至一秒的时间内，金属表面会形成一层锈蚀层，从而破坏金属的性能。对于二维金属，这是整个层。如果你想通过传统的合成方法把金属和其他二维材料结合起来，合成过程中的化学反应会破坏金属和层状材料的性能。为了避免这些反应，研究小组开发了一种方法，在生成二维金属时，用单层石墨烯自动覆盖二维金属。

研究人员首先将碳化硅加热到高温。硅离开表面，剩下的碳被重新构造成外延石墨烯。重要的是，石墨烯/碳化硅界面只有部分稳定，而且几乎任何元素都可以很容易地钝化，前提是该元素可以接触到该界面。

研究小组用氧等离子体在石墨烯上戳出小孔，然后在高温下将纯金属粉末蒸发到石墨烯表面，从而提供了这种方法。金属原子通过石墨烯的空穴迁移到石墨烯/碳化硅界面，形成碳化硅、金属和石墨烯的“三明治结构”。产生二维金属的过程被称为限制异质外延。

约书亚·罗宾逊表示：“由于金属的局限性，我们之所以称之为CHet，是因为它是外延的（所有原子都排列在碳化硅中），这是我们在这些系统中看到的独特性能的重要方面。”。

“在这篇论文中，重点是金属的基本性质，这将为一系列新的研究课题提供支撑，”罗宾逊说。“这表明我们能够开发新颖的二维材料系统，适用于各种不同的热点话题如量子，其中石墨烯是关键环节，使我们能够考虑通常无法组合的非常不同的材料形成超导的基础。”

下一步的研究将包括证明这些层状材料的超导、传感、光学和催化性能。除了创造独特的2-D金属，该团队还在继续探索新的2-D半导体材料与CHet，这将是未来电子工业对硅以外的电子产品感兴趣。
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