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天津大學(xué)天津納米顆粒與納米系統(tǒng)國際研究中心執(zhí)行主任、天津大學(xué)·明石致遠(yuǎn)石墨烯（納米）材料聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任馬雷教授及其科研團(tuán)隊(duì)，日前在半導(dǎo)體石墨烯領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)的研究成果《碳化硅上生長的超高遷移率半導(dǎo)體外延石墨烯》（Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide）于2024年1月3日在《自然》（Nature）雜志網(wǎng)站上在線發(fā)布。該成果成功地攻克了長期以來阻礙石墨烯電子學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難題，打開了石墨烯帶隙，實(shí)現(xiàn)了從“0”到“1”的突破，這一突破被認(rèn)為是開啟石墨烯芯片制造領(lǐng)域大門的重要里程碑，在硅谷引起強(qiáng)烈反響！

此次發(fā)表在《自然》（Nature）的重大突破是天津大學(xué)·明石致遠(yuǎn)石墨烯（納米）材料聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室開展的研發(fā)項(xiàng)目之一。2019年12月，明石創(chuàng)新與天津大學(xué)簽約共建天津大學(xué)·明石致遠(yuǎn)石墨烯（納米）材料聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，由天津大學(xué)馬雷教授任聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任，明石創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院高峰院長任聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行主任。聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主要開展基于石墨烯相關(guān)納米材料的基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。除本項(xiàng)目外，聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室還開展了多種石墨烯基氣體傳感器、納米氧化鋯粉體材料及固態(tài)電解質(zhì)納米氧化鋯氧傳感器、二次離子質(zhì)譜儀等精密儀器的研發(fā)。

石墨烯，作為首個(gè)被發(fā)現(xiàn)可在室溫下穩(wěn)定存在的二維材料，其獨(dú)特的狄拉克錐能帶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了零帶隙的特性。“零帶隙”特性正是困擾石墨烯研究者數(shù)十年的難題。如何打開帶隙，成為開啟“石墨烯電子學(xué)”大門的“關(guān)鍵鑰匙”。馬雷教授研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)外延石墨烯生長過程的精確調(diào)控，成功地在石墨烯中引入了帶隙，創(chuàng)造了一種新型穩(wěn)定的半導(dǎo)體石墨烯。這種半導(dǎo)體石墨烯的電子遷移率遠(yuǎn)超硅材料，表現(xiàn)出了十倍于硅的性能，并且擁有硅材料所不具備的獨(dú)特性質(zhì)。

基于本項(xiàng)突破性研究，具有帶隙的半導(dǎo)體石墨烯為高性能電子器件帶來了全新的材料選擇，不僅為超越傳統(tǒng)硅基技術(shù)的高性能電子器件開辟了新道路，還為整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)注入了新動(dòng)力。隨著摩爾定律所預(yù)測的極限日益臨近，半導(dǎo)體石墨烯的出現(xiàn)恰逢其時(shí)，預(yù)示著電子學(xué)領(lǐng)域即將迎來一場根本性的變革，其突破性的屬性滿足了對(duì)更高計(jì)算速度和微型化集成電子器件不斷增長的需求。

以天津大學(xué)·明石致遠(yuǎn)石墨烯（納米）材料聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室等多個(gè)高端創(chuàng)新平臺(tái)為支撐，明石創(chuàng)新牽頭組建了“山東省微納制造創(chuàng)新中心”，聚焦微納制造領(lǐng)域中的材料、設(shè)計(jì)、工藝、裝備、裝配、集成等環(huán)節(jié)的共性關(guān)鍵技術(shù)難題，打造集行業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、中試驗(yàn)證及技術(shù)孵化、成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化、創(chuàng)新人才培育、行業(yè)公共服務(wù)、國際交流合作于一體的創(chuàng)新載體。