在我國神話傳說中，哪吒以蓮重塑肉身的故事家喻戶曉，而如今，中國科學家正以另一種方式演繹著“重塑金身”的現代傳奇。近期，中國科學院物理研究所的科研團隊，成功為金屬材料“重塑金身”，實現了厚度僅為頭發絲直徑的二十萬分之一的單原子層金屬，為人類探索物質世界打開了全新維度。

3月12日，相關研究成果以《埃米厚度極限二維金屬的實現》為題發表在國際學術期刊《自然》（Nature）。

單層二硫化鉬封裝的二維金屬鉍。科普中國 圖

據人民網報道，國際審稿人一致給予高度評價，認為該工作“開創了二維金屬這一重要研究領域”“代表二維材料研究領域的一個重大進展”。

面對如何獲得二維金屬的挑戰，最近中國科學院物理研究所張廣宇研究員帶領團隊發展了原子級制造的范德華擠壓技術，實現了原子極限厚度下各種二維金屬的普適制備，包括鉍、錫、鉛、銦和鎵。這些二維金屬的厚度僅僅是一張A4紙的百萬分之一，是一根頭發絲直徑的二十萬分之一。如果把一塊邊長3米的金屬塊壓成單原子層厚，將可以鋪滿整個北京市的地面。

“原子極限厚度二維金屬的實現補充了二維材料家族的一大塊拼圖，還有望衍生出各種宏觀量子現象，促進理論、實驗和技術的進步。”論文共同通訊作者、中國科學院物理研究所特聘研究員杜羅軍說。

“就像三維金屬引領了人類文明的銅器、青銅和鐵器時代，原子極限厚度二維金屬有望推動下一階段文明的發展，帶來超微型低功耗晶體管、高頻器件、透明顯示、超靈敏探測、極致高效催化等眾多領域的技術革新。此外，范德華擠壓技術為二維金屬合金、非晶和其他二維非層狀材料也開辟了有效原子級制造方案，為各種新興的量子、電子和光子器件應用勾勒出美好愿景。”論文共同通訊作者、中國科學院物理研究所研究員張廣宇說。

3月13日，中國科學家在《科學》（Science）上發表題為“homochiral carbon nanotube van der waals crystals”的研究論文，論文以first release的形式在Science網站提前在線發表。該研究開發了一種制備碳納米管陣列的全新方法，成功實現了單一手性平行密排碳納米管陣列的直接生長，首次得到了碳納米管范德華晶體結構，并演示了所制備的碳納米管陣列可用于制造高性能場效應晶體管器件。

碳納米管是碳材料家族（包括金剛石、石墨烯、足球烯等）中的一員明星，于1991年首次被實驗發現。碳納米管可以看成是由石墨烯卷曲而成的一維管子，直徑僅有1納米，是目前已知最細的材料。這種材料的電子遷移率遠超傳統硅基材料，為制造更快、更小、更節能的晶體管提供了可能，被視為未來電子器件的理想材料之一，有望推動下一代計算機芯片的革新。

在實際芯片應用中，需要大量結構完全相同的半導體性碳納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，直接生長的碳納米管手性結構隨機，性質極難控制，統計上有1/3的碳管表現出金屬性，2/3的碳管表現為半導體性，而且通常存在排列方向混亂的問題，嚴重制約了碳納米管在集成電路中的應用。

諾貝爾獎得主Richard E. Smalley教授曾在2001年提出碳納米管研究領域的一個重要難題和研究目標：如何制備出由單一手性碳納米管整齊平行緊密排列而成的晶體結構？國內外許多科學家都在嘗試攻克這一難題。然而，二十多年過去了，Smalley教授提出的目標一直未能實現。

針對以上挑戰，上海交通大學史志文團隊聯合武漢大學歐陽穩根團隊、浙江大學金傳洪團隊和中科院物理所張廣宇團隊，獨辟蹊徑開發出全新的滑移自組裝生長技術，在原子級平整的六方氮化硼基底上實現了單一手性密排的碳納米管陣列的直接生長，形成碳納米管范德華晶體這一完美結構。

論文共同第一作者為上海交通大學物理與天文學院張智淳、陳一、沈沛約、陳佳俊博士、武漢大學王森和浙江大學汪博博士。共同通訊作者為史志文教授、梁齊教授、陳佳俊博士、中國科學院物理所張廣宇研究員、浙江大學金傳洪教授和武漢大學歐陽穩根教授。論文合作者還包括上海交通大學賈金鋒教授、錢冬教授、王國華博士、馬賽群、周先亮、婁碩、吳正瀚、謝宇烽、張誠嘉、王立果、李昊楠、徐琨淇博士、浙江大學王孝群教授、中科院物理所楊威研究員、日本國立材料研究所Kenji Watanabe教授和Takashi Taniguchi教授。

在上述兩項研究成果中，中國科學院物理所研究員張廣宇均參與其中，并名列論文作者之一。

張廣宇，男，1977年生，現任中科院物理研究所研究員，博士生導師。張廣宇本科畢業于山東大學物理系，后在中科院物理研究所獲博士學位，曾在美國Stanford大學從事博士后工作，2008年擔任中科院物理研究所納米實驗室N07課題組組長，2014年起擔任中科院物理研究所納米實驗室主任。

張廣宇主要研究方向包括：低維材料和納米器件，石墨烯及二維半導體等材料的高質量外延與納米精度加工，基于二維材料的異質結構的疊層設計與人工構造，低維材料中與電子與自旋相關的輸運性質研究，面向信息領域的低維材料新型納米電子、光電與量子器件。

張廣宇在Science, Nature Materials, Nature Nanotechnology, Nature Communications, PNAS, Advanced Materials, Nano Letters, JACS, ACS Nano, Small, PRB, APL等雜志上發表論文60余篇，總引用次數>4000次。獲得國際學術會議邀請報告30余次。擔任《Scientific Reports》《Nano Research》等國際學術期刊的編委。

另外，張廣宇還是2023年中國科學院數學物理學部院士增選有效候選人。