期次：第1491期
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呂勁團隊發現新型二維材料或續寫摩爾定律對晶體管的預言
本報訊 北京大學物理學院呂勁團隊與楊金波、方哲宇團隊最新研究表明，新型二維材料或將續寫摩爾定律對晶體管的預言。他們在預測出“具有蜂窩狀原子排布的碳原子摻雜氮化硼(BNC)雜化材料是一種全新二維材料”后，通過實驗證實了這類材料存在能谷極化現象，并具有從紫外拓展到可見光、近紅外以及遠紅外波段的可調能隙功能，相關研究近日發表在 《納米通訊》上。
呂勁說，能谷是指能帶上具有螺旋特性的極值，不同能谷的電子在旋轉方向上恰好相反。能谷極化是指兩個不同螺旋性的能谷占據電子數不相等。得益于極薄的尺寸和光滑的表面，較之三維材料，二維材料具有更好的門控性能和載流子傳輸特性。
然而，以石墨烯為代表的二維狄拉克材料（包括硅烯和鍺烯）在費米面附近具有類似于光子的線性能量動量色散，雖然具有很高的載流子遷移率，但遺憾的是它們本身沒有能隙，不是理想的半導體材料。呂勁團隊發現，具有起皺結構的單層硅烯和鍺烯可以被垂直的電場打開能隙，隨后他們用計算機巧妙模擬了處于電場下的硅烯場效應晶體管的工作。
盡管狄拉克材料可以被打開能隙，但打開的能隙還是滿足不了邏輯器件的要求。呂勁團隊發現，半導體二硫化鉬場效應管在10 納米尺寸下仍然能保持可觀的開關性能，并且具有傲視其他材料的超低亞閾值搖擺。這一預測，很快被加州大學伯克利分校的科學家發表在 《科學》 上的實驗工作所證實。
盡管理論預測的二維材料晶體管有很好的器件性能，但實際構造出的二維材料晶體管往往達不到理論預期。呂勁團隊創建了量子輸運模擬，很好地解決了二維原子晶體管界面肖特基勢壘的計算問題，并且計算結果能與實驗很好吻合，這將有利地推動二維材料晶體管的優化。他們系統地模擬了一系列二維半導體V族烯（磷烯、砷烯、銻烯）尺寸在10納米甚至5納米以下晶體管，發現了比二硫化鉬更好的器件表現，能夠滿足國際半導體技術線路圖未來十年的需要，有望延續摩爾定律。（物理學院）
要茂盛教授實現顆粒物毒性活體生物標志物無創在線監測
本報訊 大氣顆粒物（PM）污染嚴重危害著人體健康，每年造成全世界幾百萬人的死亡?；铙w中的一些蛋白分子常被用作研究顆粒物健康效應的生物標志物。然而,目前生物標志物采集分析大多是離線的，而且靈敏度低、有創如抽血等；因而，在實時地檢測顆粒物暴露的一些早期/瞬時健康效應存在巨大挑戰。近日，北京大學環境科學與工程學院要茂盛教授與復旦大學化學系鄭耿峰教授合作集成利用活體大鼠暴露呼出氣采樣，微流控以及商業化硅納米線生物傳感器創建了dLABer（Detection of Living An?imal’ s Exhaled Breath Biomar－ker System）系統，實現實時監測活體呼出氣中的污染物暴露生物標記物，可直接用于無創在線研究空氣污染所導致的健康效應。
為了驗證該系統，課題組首先給大鼠注射不同來源同質量大氣顆粒物，然后利用dLABer系統實時監測大鼠呼出氣中的炎癥因子白細胞介素-6（IL-6）水平。研究發現對于不同來源的顆粒物暴露產生的IL-6水平有高達一千倍的差異，該結果與通過ELISA分析大鼠血液樣品中的IL-6水平趨勢相吻合。同時研究也發現通過利用傳統方法如二硫蘇糖醇（DTT）測定的不同來源PM毒性結果與dLABer所獲得的結果也一致。課題組發展的dLABer系統具有比酶聯免疫吸附測定（ELI?SA）高幾個數量級的信噪比，并且可以連續監測活體動物呼出的生物標志物水平。通過dLABer對呼出氣中生物標記物的實時監測，不僅幫助我們更直接了解大氣污染物對呼吸系統（呼吸道和肺）的損傷作用，也為了解與呼吸系統有關的病理生理過程提供有力的依據。該系統也可以為臨床早期疾病診斷、病情監測及藥療評 價 提 供 前 所 未 有 的 工 具。dLABer 系統有望革新現有空氣污染物健康影響研究方法與臨床疾病生理狀況的監護手段。
研究成果發表在 《納米通訊》刊物上，并申請國家發明專利。論文的第一作者為北大環境學院研究生陳灝軒，北大要茂盛、復旦大學鄭耿峰為共同通訊作者。
（環境科學與工程學院）
