（文章來源：老胡說科學）

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特的性能。由賓夕法尼亞州立大學的研究人員與勞倫斯伯克利國家實驗室和橡樹嶺國家實驗室合作開發(fā)的原子薄材料平臺，將在生物分子傳感、量子現(xiàn)象、催化和非線性光學等領域開辟廣泛的新應用。

“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。“有趣的是，這些原子薄金屬在結構中穩(wěn)定下來，這與它們的塊狀結構完全不同，因此與塊狀金屬相比，它們具有非常有趣的特性?！?/p>

傳統(tǒng)上，當金屬暴露于空氣中時，它們會迅速開始氧化生銹。在短至一秒的時間內，金屬表面會形成一層銹蝕層，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合起來，合成過程中的化學反應會破壞金屬和層狀材料的性能。為了避免這些反應，研究小組開發(fā)了一種方法，在生成二維金屬時，用單層石墨烯自動覆蓋二維金屬。

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“三明治結構”。產(chǎn)生二維金屬的過程被稱為限制異質外延。

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，是因為它是外延的（所有原子都排列在碳化硅中），這是我們在這些系統(tǒng)中看到的獨特性能的重要方面?！?。

“在這篇論文中，重點是金屬的基本性質，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話題如量子，其中石墨烯是關鍵環(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的基礎?！?/p>

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