二維材料是一個(gè)思維扭曲的概念，畢竟人類生活在一個(gè)三維的世界。在自然界中，我們的觀察到的一切都有高度、寬度和深度。

原標(biāo)題：2-D材料和在碳涂層表面生長(zhǎng)的金屬的獨(dú)特性能

然而，當(dāng)石墨烯（一種真正平面，單原子深度尺寸的獨(dú)一無二的碳材料）首次在2004年生產(chǎn)出來時(shí)，思維扭曲的概念變成了現(xiàn)實(shí)，并且是材料科學(xué)中尚未開發(fā)的前沿。 

Ames實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家Pat Thiel和Michael Tringides是該領(lǐng)域的開拓者，他們發(fā)現(xiàn)了二維（2-D）材料和在石墨烯、石墨和其他碳涂層表面上生長(zhǎng)的金屬的獨(dú)特性能。

“如果科學(xué)家可以談?wù)撈孥E，那我們的工作真有點(diǎn)奇跡，”同為物理學(xué)教授Tringides在愛荷華州立大學(xué)說。 “僅在幾十年前，沒有人會(huì)相信我們可以看到單個(gè)原子，但我們現(xiàn)在的能力不僅允許我們看到它們，而且可以操縱它們，就像玩耍樂高積木的孩子一樣，我們能夠自下而上創(chuàng)建這些材料，這在自然界永遠(yuǎn)不可能發(fā)生的。

它們?cè)谑芸氐膶?shí)驗(yàn)室環(huán)境中、在超高真空環(huán)境中產(chǎn)生，并在掃描隧穿顯微鏡的幫助下進(jìn)行研究。在將基體加熱到高溫之后，去除所有雜質(zhì)和缺陷。冷卻基體，并且通過特殊設(shè)計(jì)源逐個(gè)沉積感興趣的原子。通過調(diào)整溫度和沉積速率，研究人員尋找類金鳳花條件：原子移動(dòng)不會(huì)太快和不太慢，所以真正的2-D材料形成。

雖然他們的研究團(tuán)隊(duì)在工作中創(chuàng)造多種多樣的表面材料，但制造方法都有一個(gè)共同點(diǎn)：嘗試將原子的組裝限制在2-D平面。這很困難，因?yàn)樗c之違背——原子天性在大多數(shù)方面、要在三個(gè)維度組裝。

Tringides說：“原子生性混亂；我們所做的一切正在對(duì)抗這種隨機(jī)性。 “在我們的工作中，原子被精確地排列在真空中的高反應(yīng)性表面上，環(huán)境的每一個(gè)方面都受到控制，我們的工作是制造非常小、非常干凈、非常完美。 制造納米級(jí)的材料需要它?！?/p>

學(xué)習(xí)這些材料的行為是至關(guān)重要的。因?yàn)?-D材料都是表面、沒有體積，所以獨(dú)特的納米級(jí)性質(zhì)的主體-化學(xué)、磁性、電子、光學(xué)和熱學(xué)可以歸功于它。

物理化學(xué)家、材料科學(xué)家和愛荷華州立大學(xué)杰出教授Thiel說：“有一本關(guān)于體積或三維材料屬性的規(guī)則手冊(cè)，它包含了大量被廣泛理解和接受的大塊?！钡?-D材料的規(guī)則手冊(cè)很大程度上是不成文的，有很多事情我們不知道。我們得到很多驚喜，然后我們必須解釋它們。 

將規(guī)則手冊(cè)寫到這些材料的行動(dòng)只是更大目標(biāo)的第一步，創(chuàng)造在包括超快速微電子學(xué)、催化和自旋電子學(xué)在內(nèi)的大量技術(shù)應(yīng)用中潛在有用的可調(diào)材料。

這就是為什么在過去四年Thiel和Tringides的研究集中在二維基體上生長(zhǎng)金屬，使其成為Ames實(shí)驗(yàn)室材料研究的主要優(yōu)勢(shì)。

石墨烯在科學(xué)研究和技術(shù)工業(yè)中已經(jīng)得到了熱烈的關(guān)注，因?yàn)殡娮友刂谋砻鎮(zhèn)鞑シ浅？?，Tringides解釋說。但是為了產(chǎn)生功能器件，在其表面上它需要納米級(jí)尺寸金屬樣板，專門為期望的功能而設(shè)計(jì)。

Tringides說：“無論我們?cè)噲D創(chuàng)造什么材料，表面的均勻性是功能器件的關(guān)鍵，這是我們的“完美”研究所在。這種完美性使我們進(jìn)展緩慢，但它是一種權(quán)衡?！叭绻覀兡軌蛉媪私馊绾卧谑芸丨h(huán)境中的理想條件下生產(chǎn)這些觸頭，那么這些方法可以最終被優(yōu)化用于商業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用。

Thiel和Tringides最近的成功是將鏑嵌入石墨層間。插層是將材料引入具有層狀結(jié)構(gòu)的化合物中。這是石墨的一個(gè)真正的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗兇獾?-D表面導(dǎo)致“光滑”的層，沒有良好的方式在它們之間形成連接。

“這就像一張床上的毯子，”Thiel說。 “毯子本身非常牢固，但是兩個(gè)堆疊在一起的毯子在床上滑動(dòng)，從床上滑落，并且容易分開。但是團(tuán)隊(duì)最近發(fā)現(xiàn)了它們可以創(chuàng)建不同類型的插層金屬和石墨系統(tǒng)的條件，將這些材料的“滑毯”二維地結(jié)合在一起。這是一種有希望的新方法，形成由碳表層保護(hù)的金屬的薄涂層，并且可以開發(fā)出具有獨(dú)特磁性或催化性質(zhì)的材料。

這樣一個(gè)側(cè)重的和高度控制的基礎(chǔ)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)，可能比較吸引人，假設(shè)他們的研究、比如他們的實(shí)驗(yàn)脫離了現(xiàn)實(shí)。但Thiel將Ames實(shí)驗(yàn)室的表面科學(xué)的成功歸功于不同研究團(tuán)體的密切合作。 “Ames實(shí)驗(yàn)室有表面科學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)良好的環(huán)境，因?yàn)槲覀冇袡C(jī)會(huì)與不同專業(yè)領(lǐng)域的許多科學(xué)家直接合作，從不同的角度解決同樣的問題，”Thiel說，包括光子帶隙材料、光學(xué)物理、理論和材料制造。 “這種合作模式已經(jīng)被其他機(jī)構(gòu)采納、現(xiàn)在是規(guī)范，Ames實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)部規(guī)模和社區(qū)文化啟動(dòng)了這一切，我們?cè)诒砻婵茖W(xué)的成就從中受益匪淺（產(chǎn)業(yè)前沿譯）。