金屬有很高的伸展性，可以被壓打成很薄的片狀。金屬薄片除了有許多商業和工業上的應用外，原來還有不少特別的特性，可供科學家深入研究。因此科學家對於如何更有效地製造薄金屬片，一直有很大的興趣。近日就有研究分享新的薄金屬片製造方法，今次就和大家探討一下這個課題。
我們生活在三維的空間裏，但在二維的世界中，物料可以展示極不同的特性。把金屬加工到只有幾個原子的厚度，就是製造二維物料的一種方法。當金屬只有幾個原子的厚度，就會因為量子局限效應（quantum confinement effect）而出現與別不同的特質。比如，科學家預測，錫、鉍等重金屬在二維空間裏會變成拓撲絕緣體（topological insulator），只在表面或邊緣部分通電；在通了電之後，這類物料更會磁化，可以有許多實際的應用。
二維金屬的原子排列應該也不同於一般的金屬，以致在外來電場的影響下，二維金屬可以迅速地改變它的電極性。
石墨烯導電能力勝銅銀
正因這些有趣的特性，二維物料廣受關注，最具代表的就是石墨。石墨本身就是層狀的結構，可以被逐漸分開成薄片，成為石墨烯（又稱單層石墨、碳單層），石墨烯導熱及導電性極佳，導電能力比銅或銀高，適合用於製作電子元件。石墨烯的研究更獲得了2010年的諾貝爾物理學獎。
不過，金屬沒有層狀的結構，所以不能運用類似方法來製作。過往製造二維金屬主要在真空室中，在基本的材質上噴上一層薄薄的金屬原子來做成金屬薄片。可惜的是這個方法製造出來的金屬薄片面積太小，通常只是納米的水平，難投入實際應用。而且這些金屬片容易受到污染，不方便準確地量度它們的各種特性。
近日，研究人員提出了低成本的製造方法解決這些問題。簡單來說，就是運用兩塊「鐵板」在高溫之下把金屬壓成薄片，然後再冷卻到室溫。這兩塊「鐵板」自然不是由鐵造成的，而是兩塊藍寳石再在上面加上一層二硫化鉬，這層二硫化鉬不僅提供了一個平滑的表面去壓平中間的金屬，更能夠把金屬和外界隔開，避免氧化。利用這個方法，可以製造出超過0.1毫米大小的二維金屬片。研究人員已經能夠製造出二維的鉍金屬片，還可以從中量度到非線性霍爾效應（nonlinear Hall effect）這種在三維金屬中觀察不到的效應。
打造二維金屬片可造福人類
這個製造方法自然還有不少值得繼續深入研究的地方，希望能夠找出適合的方法去製造出不同分子結構、不同特性的二維金屬片，以便能進行更廣闊的探索。當然，針對這個製造過程本身，我們也抱有極大的期待，希望能夠製造出更大、厚度更平均的二維金屬片，投入各行各業中造福人類。
小結
這次和大家分享了用藍寳石加上二硫化鉬，通過擠壓製造二維金屬片的方法，通過這種方式，研究人員終於能夠量度難得一見的物料特質。除了二維鉍金屬片外，還有其他二維金屬片同樣值得研究。二維金屬材料具有廣闊應用前景，有望推動超微型低功耗電晶體、高頻器件、透明顯示、超靈敏探測、極致高效催化等領域的技術革新。
●杜子航 教育工作者
早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。
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