从“盖房子”到“顶竹笋”，我国科学家首创晶体制备新方法

▲图为基于二维晶体的电子和光子集成电路（图片来自参考消息）

作者:黄艳红 黄湘红 段跃初

在科学技术的广袤天地里，每一项重大突破都如同璀璨星辰，照亮人类前行的道路。近日，我国科学家在晶体材料领域取得了一项突破性成果，首创了一种全新的晶体制备方法，为计算机、通讯、航空、激光技术等领域带来了新的希望与可能。

晶体，这种看似普通却又极为关键的材料，在现代科技中扮演着不可或缺的角色。从我们日常使用的电脑、手机，到航空航天设备、激光武器等高端装备，晶体都是其中至关重要的组成部分。一直以来，传统制备大尺寸晶体的方法是在晶体小颗粒表面“自下而上”层层堆砌原子，就好像“盖房子”一样，从地基开始逐层“砌砖”，最终搭建而成。

然而，随着科技的飞速发展，传统方法的局限性日益凸显。在传统晶体制备过程中，原子的种类、排布方式等都需要经过严格筛选才能堆积结合形成晶体。但随着原子数量的不断增加，原子的排列逐渐变得不受控制，杂质和缺陷也不断累积，这严重影响了晶体的纯度和质量，成为制约相关领域发展的瓶颈。

图为用“晶格传质-界面生长”新方法制备晶圆级二维晶体（图片来自参考消息）

为了打破这一困境，北京大学科研团队展开了深入研究和探索，最终在国际上首创出一种全新的晶体制备方法——“晶格传质 - 界面生长”。这一方法形象地来说，就像是“顶着上方结构往上走”的“顶竹笋”一样，为晶体生长带来了全新的思路和模式。

具体来说，北京大学科研团队首先将原子在“地基”，也就是厘米级的金属表面排布形成第一层晶体。随后，新加入的原子进入金属与第一层晶体之间，顶着上方已形成的晶体层生长，不断形成新的晶体层。这种独特的生长方式使得晶体层架构速度达到了每分钟 50 层，层数最高可达 1.5 万层。

更令人惊叹的是，通过这种新方法生长出的晶体，每层的原子排布完全平行、精确可控，有效地避免了缺陷的积累，极大地提高了晶体结构的可控性。利用此新方法，科研团队现已成功制备出硫化钼、硒化钼、硫化钨等 7 种高质量的二维晶体，这些晶体的单层厚度仅为 0.7 纳米，相比目前广泛使用的 5 - 10 纳米的硅材料，具有更加优异的性能和广阔的应用前景。

当这些二维晶体被应用于集成电路中晶体管的材料时，能够显著提高芯片的集成度。想象一下，在指甲盖大小的芯片上，晶体管的密度大幅提升，计算能力将会实现质的飞跃。这意味着我们的电子设备将变得更加小巧、高效、强大，为人工智能、大数据处理、虚拟现实等前沿技术的发展提供坚实的硬件支持。

此外，这些新型晶体还可用于红外波段变频控制，为超薄光学芯片的应用提供了新的可能。在未来，我们或许能够看到更加轻薄、高效的光学设备，如高分辨率的摄像头、先进的激光雷达等，为通讯、医疗、自动驾驶等领域带来革命性的变化。

这一突破性成果于 7 月 5 日在线发表于《科学》杂志，引起了国际科学界的广泛关注和高度赞誉。它不仅展示了我国科学家在晶体材料领域的深厚研究实力和创新能力，也为全球晶体材料的研究和发展注入了新的活力。

我国科学家的这一重大创新成果，再次证明了科技创新是推动人类社会进步的重要力量。在未来的日子里，我们有理由相信，随着这项技术的不断完善和推广应用，它将为我们的生活带来更多的便利和惊喜，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。

让我们为我国科学家的这一杰出成就点赞，期待他们在未来的科研道路上取得更多的突破性成果，为实现中华民族伟大复兴的中国梦，为推动人类科技进步和文明发展，不断贡献智慧和力量！