突破性成果！中国首创科学家

由“盖房子”到“顶竹笋”：我国科学家首创晶体制备新方法

晶体是计算机、通信、航空、激光技术等方面的关键材料。制备大尺寸晶体的传统方法是将原子一层一层地堆积在晶体的小颗粒表面，就像“盖房子”一样，从地基上一步一步“砌砖”，最后建成“房子”。

北京大学科研团队在世界范围内创造了一种全新的晶体制备技术，使材料像“顶部结构上升”的“顶部竹笋”一样生长，可以保证每层晶体结构的快速生长和均匀排列，大大提高了晶体结构的可控性。这一“长材料”的新方法有望提高芯片集成度和计算率，为新一代电子和光子集成电路提供新材料。这一突破性成果于7月5日在《科学》杂志上发表。

晶圆级二维晶体采用“晶格传质-界面生长”的新方法制备

刘开辉教授介绍了北京大学物理学院凝聚物理与材料物理研究所的优势。传统晶体制备工艺的局限性在于，在沉积结合形成晶体之前，需要严格筛选原子的类型和排列方法。随着原子数量的增加，原子排列逐渐失控，杂质和缺陷累积，影响晶体的纯度和质量。因此，迫切需要开发新的制备工艺，以更准确地控制原子排列，更精细地控制晶体生长过程。

因此，刘开辉及其合作伙伴最初提出了一种新的晶体制备范式，称为“晶格传质-界面生长”:首先将原子排列在“基础”，即厘米级金属表面形成第一层晶体，然后新添加的原子进入金属与第一层晶体之间，晶体层在顶部形成生长，不断产生新的晶体层。

二维晶体工艺采用“晶格传质-界面生长”的新方法制备

实验表明，这种“长材料”的独特方法可以使晶体层的结构速度达到每分钟50层，最高层数达到15000层，每层的原子排列完全平行、精确、可控，有效避免了缺陷的积累，提高了结构的可控性。利用这一新方法，团队已经准备了7种优质的二维晶体，如硫化钼、硒化钼、硫化钨等。这些晶体的单层厚度只有0.7纳米，而目前使用的硅材料大多是5-10纳米。

基于二维晶体电子和光子集成电路

“当这些二维晶体被用作集成电路中晶体管的材料时，芯片集成度可以显著提高。在指甲大小的芯片上，可以大大提高晶体管的密度，从而实现更强的计算能力。”刘开辉说，此外，这种晶体还可以用于红外波段变频控制，有望促进超薄光学芯片的应用。

原题：“突破性成果！我们国家的科学家首创”

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