多个类型的平面材料堆砌在一起，可能展现每个的最佳性能。图片来源：H. Terrones etal
物理学家习惯使用他们所能想到的最好的词语来形容石墨烯。这丝薄的单原子厚度的碳是灵活、透明的，比钢强、比铜导电好，虽然非常薄，但它实际上是二维材料。在2004年被分离出来后不久，石墨烯就成为全世界研究人员痴迷的对象。
不过，对Andras Kis而言并非如此。Kis表示，与石墨烯一样不可思议的是，“我觉得必须超越碳”。因此，在2008年，当他有机会在瑞士联邦理工学院（EPFL）组建自己的纳米电子学研究团队时，Kis专注于研究一种超平材料。
这些材料有一个“笨拙”的名字：过渡金属硫化物（TMDC），但它们具有相当简单的二维结构。钼或钨等过渡金属原子的单排结构，夹在同样薄的硫元素层之间，例如硫和硒——在元素周期表中，它们均位于氧元素的下方。Kis表示，TMDC几乎与石墨烯同样薄、透明和灵活。“但它们莫名奇妙地就得到一个没有趣的名声，我认为它们应该有第二次机会。”
他是对的。很快，研究人员发现，不同基础成分搭配制成的TMDC具有大范围的电子和光学特性。例如，与石墨烯不同，许多TMDC是半导体，这意味着它们有潜力被制成分子级别的数字处理器，并比硅更加节能。
在几年中，全世界大量实验室已经加入了追寻这种二维材料的行列。“最初是一种，然后是两种、三种，突然间，变成了二维材料王国。”Kis说。从2008年的零星出版，到现在每天6篇出版物问世，二维TMDC不断发展。物理学家认为可能有约500种二维材料，不只石墨烯和TMDC，还包括单层金属氧化物和单元素材料。“如果你想要一个给定属性的二维材料，那么你将能找到一个。”爱尔兰都柏林三一学院物理学家Jonathan Coleman说。
“每一个都像乐高积木，如果你将它们拼在一起，或许就能做出一个全新的东西。”Kis说。
平面大冒险
仅几个原子厚度的材料，就能有非常不同的基本特性。“即便块体材料乏善可陈，但如果你能将它变为二维形式，它会打开新的大门。”中国复旦大学实验凝聚态物理学家张远波说。
碳就是一个典型的案例。2004年，物理学家Andre Geim和Konstantin Novoselov首次报告称，他们在英国曼彻斯特大学的实验室分离出了石墨烯。他们的技术非常简单。基本步骤是，在石墨薄片上按压一条胶带，然后将胶带撕下，胶带上就残留有一些原子厚度的薄层。通过重复该过程，他们最终得到了单原子层，于是Geim和Novoselov得以开始研究石墨烯的特性。该研究获得2010年诺贝尔物理学奖。
电池网微信
