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由北京君和翻新公益基金会、中国科学院大学学友会集会垄断，主题为“和而不同，念念想无界”的CC讲坛第65期演讲2025年4月20日在中国科学院大学（北京玉泉路校区）会堂举行。来自中国科学院物理商量所商量员杜罗军出席，并以《当科幻照进现实：三维寰宇中的“二向箔”》为题发上演讲。
演讲实录：
异常感谢寰球，我是来自中国科学院物理商量所的杜罗军。那么今天和寰球沿路聊一聊，二向箔这样一个既科幻又前沿的问题。咱们先看一个苟简的视频。咱们知说念《三体》这是一个异常科幻的演义。这内部就有一个火器叫作念二向箔。这是一个高级淡雅去清算低等淡雅的一个惯例性的火器。咱们不错看到它等于一个异常透明，关联词它异常的盛大，它不错把咱们这个地球这一个三维淡雅进行一个二维化。那么你要想去逃它打击，基本上你要收场光速，那么这等于在三体淡雅内部这样一个非寰球也可能比拟老练的一个高级淡雅的火器，叫作念二向箔。那么咱们也想想几个要害词，慢少许。二向箔是什么？在这内部咱们不错知说念它异常的薄，细则等于一个二维。二向箔在咱们三维寰宇内部是否不错的确的存在不错存在二向箔。那么如果存在二向箔，那么它的体式又该如何？那么要想去回应这样一个简便的问题，咱们先望望咱们的物资，它是由原子所构成的。那么原子是咱们构成三维寰宇物资的基本的单元，基本单元。可能寰球也会知说念也有比原子更小的东西，比如夸克、中子，关联词这些东西它先需要构成原子。咱们先看这样一个图，如果咱们把原子沿着xyz三个场合去排布，那么它就会不错变成具有一定的长度，一定宽度一定高度的一个物体。关联词如果咱们作念一个极限辩论，如果只是把原沿着x场合y场合去排布，而不在高度场合。它只消一个原子层，那么这个物体一定是咱们这个三维寰宇内部一个最薄的物资，它就只消一个单个原子层，那么单个原子层大致有多厚？咱们想想咱们的头发丝还是很基本上还是很小了，大致是咱们头发丝的大致二十万分之一。咱们一张A4纸还是很薄了，大致是咱们一张A4纸的一个百万分之一。是以从咱们的一个真实寰宇上去看的话，这个物体就那么不错称得上咱们三维寰宇的一个二向箔。
那么在学术内部咱们有一个术语叫作念二维材料。是否咱们不错收场只消单个原子层厚度的样品或者一个材料，其实这个想法很早就有东说念主驱动去商量。
比如早在1859年，咱们就有东说念主去尝试去获取这个材料，天然了细则是失败了。大致等于1937年，咱们的盛名物理学家朗说念和pass，他就从表面上去指出了二维材料在咱们三维寰宇内部是不可能存在的。其实给了咱们通盘寰宇，非论是科学家如故东说念主，什么东说念主逐一个很大的打击，因为是以既然可能是弗成存在，关联词非论是它是否能存在，它其实在关于咱们说表面谋划，它其实是一个很好的模子，表面上如故一直在去商量。
关联词一个破损性的发现，大致等于2004年，有两个俄籍的物理学家，他是在英国麦克斯特大学，他们其实也在一直去尝试去获取二维材料。他们其时就异常找到了一个破损性的神气，也异常简便的神气，等于哄骗胶带。咱们知说念这个是一个三维的石墨，它是由一层一层的原子所构成的，他们就哄骗胶带，石墨放在胶带内部撕几下，你就不错撕出这个石墨烯单层的一个材料，那么这个可能是咱们这个寰宇内部的第一个的确的二维材料。由于破损性的发现，他6年以后就拿到了咱们的诺贝尔物理学奖。这是一个异常快的，闲居我也和他们开打趣，这一定是最低廉的一个诺贝尔物理学奖。其实咱们每个东说念主皆用铅笔写过字，你在写字的时候就不错得到这个材料，只是你莫得发现辛劳，是以就开启了咱们二维寰宇的一个大门。
大致我选了一些少异常具有代表性的一些例子，你从这上头不错看出，那么二维材料在这近20年内部，基本上就引颈了咱们凝合态物理材料科学的一些系列的破损性发扬，那么始创了咱们这个基础商量以及适时期翻新的一个二维的新纪元。
其实咱们再看应用方面，它不错去构筑一些具有异常颠覆性功能的一些居品，比如咱们咫尺知说念咱们的芯片硅基，它跟着尺寸的微缩，它基本上到了一个摩尔定律的极限，那么二维材料它就不错，它的原子级薄的厚度就不错去贬责硅基的微缩瓶颈，那么去构筑亚纳米的集成电路。
同期咱们不错知说念一个比拟厚的样品，比如一册书，他可能是比拟你要想去逶迤如故比拟难的，那么如果你撕出一张纸，你就很容易的去逶迤，那么一个物体它的原子级厚度之后，它不错淘气的逶迤，是以你不错去构筑一些高性能的柔性集成电路，比如说我方的一些电子皮肤，如何去监测咱们的东说念主类的健康。
第三个，二维材料它也不错去淘气的在第三个维度上去把它叠起来，是以去构筑一些三维集成。这是只是举了几个代表性的例子，它其实在一些颠覆性的居品上还有好多的应用。在这20多年内部除了石墨烯之外，其实咫尺还发现了好多的二维材料，比如咱们除了石墨烯之外，还有二硫化钼、二硫化钨、二烯化钼，还有黑磷，还有氮化硼等等，关联词其实咱们咫尺实验上不错获取这种二维材料基本上不错达到近百种，那么表面上它可能有2000多种。关联词这些二维材料它主若是访佛于这种石墨，它是由一层一层的原子所构成的，那么它就像一册书，一页纸所构成的。如果咱们去把咱们的眼界放宽，看到通盘三维寰宇，其实大部分的材料并不是这种结构，97%以上的材料它皆不是层状材料的。那么一个代表性的例子等于金属。咱们先看周期表，它基本上占到80%以上。咱们知说念金属如果咱们去看咱们通盘东说念主类的发展历史，咱们的好多的历史淡雅皆是以金属来定名，比如铜器期间、铁器期间，那么如果咱们在当今咱们的通盘东说念主的社会，比如咱们的钢铁其实上演着异常进击的作用。
那么关于这种非层状材料的它的每一个原子皆和它周围的原子360度无死角的耦合起来，那么像这样的材料，那么咱们能弗成给它进行二维化？这是咱们去尝试作念二维金属的一个初志，等于说想把不可能的事情把它变成可能。
咱们再回过来看，第一篇二维材料的著述，它其实等于想去收场二维金属，关联词话发现他们收场不了，他们就把这个石墨烯，叫作念是具有金属性的。其实从最驱动商量二维材料，他们就驱动想去收场二维金属，由于不是一层一层的结构，它的难度总共有一个指数级的加多。咱们能否将这种金属收场二维化？莫得任何东说念主不错去给咱们调换，那么走向光明的路。一前边是一派暗澹，那么咱们只可一步一步的去摸索去探索，那么咱们也探索了好多时分。
咱们也轻率到了，工业上用两个钢板去压金属，它不错把金属进行减薄。那么咱们就把咱们的念念想放的极点一些，如果这个压力无尽大，如果压的时分无限长，那么咱们应该是不错把材金属材料压得异常薄。能否达到原子极限？咱们就驱动想那么压金属的压砧需要圆润什么样的条目？
第一个咱们可能联想，它必须要异常的平整，必须要达到原子级的平整。你只消有一些粗陋，它就细则得不到单个原子层的厚度，是以它的名义必须要原子级的平整，
第二个它名义弗成有吊挂键，那么为什么？因为金属它名义有金属键，你在压的时候，它就不错和金属去发生化学反应，你就得不到一个本确切一个二维金属。
第三个，你必须有一个高的杨氏模量去不错去承受压力。蓝相持它是一个异常硬的衬底，亦然工业上比拟常用的衬底，关联词蓝相持单独拿过来，它弗成圆润咱们的要求。为什么？因为蓝相持它是一个三维材料，它名义具有吊挂键，那么咱们课题组一直哄骗这个材料去长单层的二硫化钼。那么如果铺上单层二硫化钼，它既不错圆润它的硬度要求，也能圆润无吊挂键的要求。
为什么咱们会料想这个材料？这是咱们的课题组长张广宇淳厚。咱们课题组一直就在聚焦，二硫化钼二维半导体从最驱动的2013年的毫米级到2017年的两英寸到2019年的4英寸，那么到2024年的8英寸基本上有大致200个毫米，那么基本上等于说咱们把它推向应用，通过近10年的发展，咱们各个成见一直在破损。
基于咱们前边的一些发展，咱们就料想了这个材料有可能是去压金属的一个联想材料。它既硬又原子级平整又莫得吊挂键，是以咱们就去想搭建一个建树，关联词咱们也不知说念这条路可不可行，只是探索性的，是以咱们基本前期如故搭了一个比拟简便的建树，去探索可行性。内部弄了一个加热的，那么中间夹着一个蓝相持，夹着一个硫化钼，这大致是一个暗意图。
这个等于一个在蓝相持上的二硫化钼，当先咱们把一些金属粉末给它放在这样一个二硫化钼上，然后咱们给它加热，金属粉末就会溶化成一个小液滴，然后咱们再拿另外一个蓝相持的二硫化钼拿过来压。压完之后，那么咱们就不错把上头的蓝相持给它去掉，它就会变成咱们二硫化钼封装的一个二维金属。
咱们一压完之后，咱们发现咱们得到一个异常漂亮的完毕。咱们获取了第一次，一个二维金属。是以咱们对它作念了一个结构的表征，作念了一个原子结构的表征，那么从左上角其实不错看到，它是由两个金属原子层所构成的。它上头被硫化钼所封装。为什么这里会有两个原子层？
因为它的相是一个阿尔法相，它是一个矩形晶格。正本它的最小的晶胞就必须含有两个铋原子层。也等于说咱们得到了一个最小的晶胞，其实后头咱们也测了不同的厚度，发现它只不错偶数层出现，玩ag百家乐技巧其实等于材料的一个最薄的厚度了。金属键咱们还是弗成让它解开了，是以咱们也把这个材料叫作念一个单层的金属铋。
铋是寰球一直商量比拟多的材料，它会有异常多的相。它有阿尔法相、贝塔相、伽马相。那么咱们就在想咱们得到的材料是不是是一个均一的相？咱们作念了一系列的表征，大致有50多个样品，总共的样品确乎皆是这些矩形格子，皆是阿尔法相。咱们也作念了一些表面谋划，这个表面谋划告诉咱们在这种封装的结构内部，阿尔法相是能量最稳态。咱们知说念任何一个物资它皆去倾向于变成能量最稳态，是以这个是实验和表面也辱骂常吻合的。
这个材料到底是一个多晶，非晶？其实其时最驱动的想法，咱们愈加倾向于它可能是一个多晶结构。让咱们很诧异，咱们把样品测电镜从左测到右，从上测到下，把测了一遍之后，发现每一个地方的晶体取向皆雷同那么愈加高。
为了考证这少许，其实咱们也作念了一个更大的更宏不雅的测量，叫作念xrd。因为咱们作念电镜，它的一个地方只消一个微米，而咱们的xrd不错障翳咱们通盘样品，那么测了xrd之后，它不错告诉咱们的完毕，这等于一个单晶，也等于说，咱们这是收场了单晶的金属的一个二向箔。
其实有了这个材料，咱们愈加是倾愈加去倾向，还有一些应用，有一些好的物性。是以咱们就给它作念了一个电学器件，电学器件之后，咱们就对它的一个电阻的测量，电阻测量之后，咱们发现它具有它是一个异常好的，它的电阻会跟着温度的裁汰而裁汰，是一个异常好的经典的金属活动。那么其实咱们还迥殊让咱们很出东说念主料想的是，它的室温的电导率果然不错达到9×10的6次方，比它的块体要高一个量级。在咱们的惯例通晓内部，一个物体它的厚度减薄之后，它的电导率是要裁汰的，反而提高了一个数目级。那么如果这个东西是一个普世的，当今咱们的芯片内部的一些互联的金属线，比如铜，那么如果咱们也把它二维化提高一个数目级，那么它其实是有可能去构筑一些极致电导，提高热导，那么从而去在咱们的芯片内部有一个异常好的应用，那么从而去收场一些超低功耗。咱们知说念芯片咫尺有个很大的问题等于散热，如果你把电导热导皆提高之后，散热问题不错得到很好的贬责，是以二维化有可能导致一些全新的应用。除了这个之后，其实咱们还在想，因为咱们知说念要作念一个器件，一个东西它必须具有调控性，是以金属往时你想皆弗成想它具有一个电，它对电场具有反应，因为金属的载流若何皆异常高，那么它基本上就把电场给屏蔽掉了，那么关于一个二维金属它减薄之后，你会发现它有异常好的一个电场反应，那么插图是一个块体的样品，你会发现电阻基本上不跟着电场变化，那么电场的调控性就会咱们去构筑。
基于这种全金属型的器件提供了一个可能性，它就不错在一些更高频，那么更低功耗有一个应用场景。天然终末咱们其实也展示了，因为这个样品的对称性它是比拟低的，它具有一个异常大的比往时要大好多的一个二级的非线性或反应，从而去构筑一些拓扑器件，一些拓扑检测器等等。
像二维材料它也有一个独有的目田度，咱们能弗成完毕层数，从而去哄骗层的目田度去收场信息的存储，信息的传输？那么咱们这个神气也为咱们去哄骗层目田度提供了一个可能性，因为咱们很容易去联想咱们的压力很大的时候，它不错是单层，你的压力略微调控一下，它不错的是双层。那么这里是一些光学图片，咱们完毕压力确乎不错得到不同厚度的样品。那么咱们也看了这作念了一些电镜，你就不错发现咱们确乎不错得到两个原子层单层，4单层，还有双层，还有三层，咱们不错得到不同头绪的一些样品。咱们也基于层目田度去考证了这个层对咱们一个物性的调控，咱们发现它的层数小于6层以后，它会出现一个新的分子峰，况且这些分子峰之间的间距它和层数是一个线性的变化关联，那么这就确乎有一些头绪又多有关的一些新奇物性在内部。那么咫尺更多的一些层数有关的物性咱们还在探索，比如不同的电导率和乘数的关联，还有一些热导率和程度的关联也在进一步的探索之中。
其实这里等于有一个咱们也回过来往作念一个总结，咱们知说念2004年第一个神气异常简便，你可能拿几块钱就不错买一个胶带，你就不错去剥，那么你通盘诺贝尔奖的资本基本上在100块钱以内，异常高效。别东说念主皆说这是撕出来的诺贝尔物理学奖石墨烯，那么咱们这个神气那么等于用两个东西去压这个建树，天然比胶带贵一些，大致等于几万左右，关联词在通盘科研畛域寰球皆知说念这个资本如故寰球不错去袭取的，是以这是挤出来的金属二向箔。
如果这两个作念对比的话，它皆是一个异常简便异常简便的神气，关联词又时时异常实用，这亦然咱们所追求的科研的一个技能，那么追求正途至简，不去追求那么复杂的一些东西。
其实这里等于说也大致去回来一下咱们通盘二维寰宇，那么通盘一些进击的发扬，迥殊在材料畛域，那么这是终末作念一个总结，等于2004年咱们哄骗胶带神气撕出来了第一个单层石墨烯，开启了咱们通盘那么二维期间的一个商量上升，那么这个是在欧洲收场的。那么欧洲其实后头在一直你引颈的引颈着材料畛域的一个发展，它在2011年的时候收场了第一个二维半导体，引颈了咱们二维芯移时期的发展，那么其实到了好意思国也在一直在追逐，它到2018年的时候，那么翻新性地建议了转角石墨烯，那么这是在了过了七年之后，那么这是咱们的一个责任，把金属收场了一个二维化，那么给金属打上了一个咱们的中国的标签，那么不错看到大致是每七年一个效能，那么这个时候其实这是咱们的一个咱们其实这个责任是最近才出来的，也得到了一些海外同业或者国内的一些招供和报说念，那么这是CCTV还有多样新闻杂志，还有多样《Nature》，那么往时《Nature》给一个责任基本上写一个报说念，那么这个时候它们是流畅的三个同期给咱们作念了一个报说念，体现了这样一个责任的进击性。
那么终末我大致也瞻望一下二维金属它到底畴昔的出路到底有哪些。那么第一个咱们这个场合只是简便的驱动了这样一个简便的商量畛域，那么其实咱们这个才是刚刚起步，就像第一次2004年剥离出来的石墨烯，这方面还后续的商量还非有异常多的一个商量空间。
第一个是在咱们的基础商量畛域，它不错为异常多的基本科学问题，那么比如咱们知说念在《Science》杂志在创刊125周年的时候，他建议来的125个问题之一，非晶的骨子。其实如果咱们学物理的皆知说念有一个盛名的物理学家菲利普·安德森，他也指出非晶的骨子是凝合态物理内部最进击，关联词又最难贬责的科学问题。关联词为什么非经这样难贬责？因为非经的原子它是东横西倒的，如果你再去三维内部去看的话，你压根就贬责不了非晶的结构问题。关联词你把它收场二维化以后，你的每一个原子的位置皆不错看得清清亮爽，就不错去解有助于咱们去贬责非金的骨子。
那么第二个它还有为好多的新奇的物性，比如咱们知说念咱们的铁钴镍，它具有磁性，你把它降到二维以后到底若何样？它基本科学问题到底是什么？那么不错为咱们的去商量异常多的基本问题去破损，破损咱们对东说念主类的好多一些常识的明白，拓展咱们的畛域，那么去催生好多的进击的科学念念想和表面，那么去引颈了咱们的基础商量的一些前沿。那么这是在咱们的基础商量畛域内部的。那么在应用内部我也想它可能不错像咱们知说念三维金属，它引颈了咱们通盘东说念主类淡雅的一个历史进度，那么咱们收场了二维化的金属，我想它可能在好多应用方面，比如说在自旋电子学，比如在超高频的器件，比如说在热电，那么还有在全金属晶体管，那么这里再细讲一讲，咱们的金属你不错知说念它肯你在一个三维金属细则是不透光的，关联词你把它作念到二维化，咱们它一定是一个透光的，它不错透多样光，是以它不错作念既异常导电又透光，它不错作念一些柔性透明的高性能的器件。
那么它金属它也对多样光有一些反应，它不错作念一个异常宽光谱超快的一些光电探伤器，它不错去引颈咱们在一些异常高性能的一些器件的发展，那么我是以金属这是一个畛域刚刚驱动AG百家乐能赢吗，非论在基础商量如故在时期应用方面，我以为还有它的出路辱骂常的精深的，我也但愿诸位感兴致的不错加入咱们商量赛说念，共同鼓舞咱们具有中国标签的二维金属走向执行应用。