许多人曾用这样的描述形容互联网泡沫与投机者，如今，轮到了半导体行业，业内用 “芯片烂尾潮” 来形容一系列光怪陆离的景象，但真正内核的原因仍有待挖掘。
2020 年 10 月 20 日，由于不少地方芯片项目烂尾的报道持续发酵，国家发改委新闻发言人孟玮在例行发布会上指出：国内投资集成电路产业的热情不断高涨，一些没经验、没技术、没人才的 “三无” 企业投身集成电路行业，个别地方对集成电路发展的规律认识不够，盲目上项目，低水平重复建设风险显现，甚至有个别项目建设停滞、厂房空置，造成资源浪费。
武汉弘芯是一个涉及上千亿资金的明星项目，成立于 2017 年 11 月，目标是为实现 14 纳米和 7 纳米制程的芯片生产线，每月产能 3 万片，还聘来了台积电关键研发人物蒋尚义担任 CEO。2019 年 12 月，弘芯还成功引进了国内唯一能生产 7 纳米芯片的 ASML 光刻机设备，一时风光无限。
2020 年 6、7 月份，武汉弘芯被曝出，项目存在较大资金缺口，随时面临资金链断裂导致项目停滞的风险。同时，由于弘芯项目二期用地一直未完成土地调规和出让，且缺少土地、环评等支撑资料，无法上报国家发改委窗口指导，导致国家半导体大基金、其他股权基金无法导入。同时，弘芯还被曝出拖欠着供应商数千万工程款，价值 5.8 亿元的 “全新” 光刻机也被抵押给银行。
实际上，类似弘芯这类经过短暂风光却频现问题的半导体项目，也在不少地方存在并发生着。
在 2019 年，南京德科码 30 亿美元晶圆项目停摆，沦为欠薪、欠款、欠税的 “三欠” 公司，被法院列为失信被执行人；成都格芯消耗政府 70 亿元投资建设了厂房，现在停产、停业、倒闭裁员，沦为一座空房；贵州华芯通半导体宣布破产清算，与高通的合作以失败告终；江苏淮安德怀半导体被曝腐败窝案，46 亿元资金打了水漂……
据悉，国家下一步将引导地方加强对重大项目建设的风险认识，按照 “谁支持、谁负责” 原则，对造成重大损失或引发重大风险的，予以通报问责。
近年来，国家对半导体产业的投资扶持力度堪称前所未有，尤其是在中兴、华为事件之后。
2014 年 9 月 24 日，国家大基金一期成立，首期募资 1387.2 亿元，为国内单期规模最大的产业投资基金；2018 年两会之后，国内提出发展集成电路产业的城市高达 30 个，多地政府都成立了集成电路产业发展基金，预计募集基金规模超过 3000 亿元；2019 年 10 月 22 日，国家大基金二期成立，注册资本为 2041.5 亿元，业内预计两期大基金可以撬动的 社会 资本规模超过 1 万亿元，越来越多的地方政府、 社会 资本介入半导体产业，希望能实现一些突破。
但盯上这块大蛋糕的人更多。用企查查搜索 "芯片" 关键词， 能得到 54733 家名称里带芯片的注册公司，而搜索 “半导体” 和 “集成电路”，分别能得到 91247 与 261681 家企业数据。
这么多资金投入、这么大扶持力度、这么多企业参与，却换来了一波 “芯骗” 苦果，不禁让人思考问题出在哪里？追责固然重要，然而在新的发展周期启动前，我们该如何从源头上避免下一次芯片烂尾潮？
对此，华裔微纳电子学家马佐平向 DeepTech 分享了其独到看法。他是中科院外籍院士，兼任耶鲁大学电机系讲座教授、前系主任，也曾在 IBM、Intel、 HP、日立、东芝、台积电等国际大厂担任高级 科技 顾问。
以下对话内容，在保持原意的基础上略有删改。
DeepTech：你怎么看待这批地方芯片烂尾项目？
马佐平：在 2014 年国家大基金成立的时候，我曾向相关负责人谏言，建议从大基金中拿出一部分钱来做基础研究，做技术扎根，虽然业绩要到 5 10 年后才能看到，但是这个非常重要。而那位负责人当时的回应是：“我们都了解，也都非常赞同，但我只是一个执行的人，上面花钱投入，希望我们每年要有业绩，所以我不能等着 5 年、10 年以后再看业绩，那到时候我也不知道被调到哪里去了。”
于是，就有相当一部分钱去投入到买设备去盖厂房等方面。我记得在 2018 年 4 月中兴事件之后，一个月内就传出将会新成立一个大基金。
再后来就如我们现在看到的现象，出现一大堆骗钱的烂尾芯片项目。可以说这个并不是意外，症结就是有些地方在乱撒钱，很多投资并没有明晰让从业者做什么，为什么要做这个？甚至没有有效监督，成百上千家新的公司纷纷成立，很多对半导体根本不了解的人都去开公司了。
这对产业发展来讲不但没有用处，反而有害处，优质资源被浪费掉了，也把半导体行业变成了一个骗钱行业，真正要做事情的人反而被人家看不起。
最重要的一定是要好好找真正的专家团进行规划，我们到底缺什么？我们到底要把钱用在怎样的刀口上，不能投机取巧，搞形象工程。
DeepTech：以武汉弘芯为例，他们聘到了台积电资深的元老蒋尚义，甚至成功引进了 7 纳米光刻机，而且武汉有比较成功的长江存储、武汉新芯等项目，地方应该不缺乏经验？
马佐平：这个非常可惜。弘芯聘请的 CEO 蒋尚义是我的大学同学，非常有实力的一个人，他是台积电创办人张忠谋十分倚重的研发元老，人称 “蒋爸”，期间也雇我做过顾问，他如果要带团队真的有能力做成，非常好的一个人，可是没想到的是，这么好的一个人也被骗。
很多国内报道都说背后有几个人在北京搞了一个空壳公司（北京光量）做大股东，根本没有资本和技术实力 *** 盘，而且也查不到更多信息。
DeepTech：我们能否从根源上避免部分地区乱撒钱搞芯片的方式？
马佐平：可以参考国外的决策经验，比如在美国，别说几千几万亿的项目，就是只有几个亿的项目，政府推进工程发包之前，也会请很多专家组成顾问团，各种审核，怎样花钱，第一步做什么，第二步做什么，细节都要规划到了，至少要推敲几个月。
华为事件之后，外媒还传言中国要投入 9 万亿用更大力度全面扶持半导体产业，且不说这个数字是真是假，如果真是这么大的资金规模，决定过程至少要超过一年以上。首先行政部门需要有一个非常清晰的规划和审核，之后还要看参众两院多方投票是否能通过，可能到最后只能批准 5 万亿的预算，不过都会有非常充分的理由支撑，不是随便拍脑门决定的。
政府工程发包的时候也要有一个顾问团，都是来自各个领域的专家，包括技术方面、财务方面、执行方面的专家，然后给出落实建议，要具体执行的时候，还有另外的顾问团或是顾问公司，各个环节是非常独立的，杜绝之间的利益关系。
而如果是拍脑门决定，无疑效率非常高，但是会有很多欠考虑的地方以及看不到衍生出来的关联影响。我们不能在开会的时候，大家都说这个计划很好很好，一开始执行才发现里面利益牵扯太多，乃至没办法打破。
DeepTech：这个情况在当下的半导体行业，是很普遍的一个现象？
马佐平：很普遍。我经历过太多这种事情，地方半导体行业有很多外行领导内行的情况，我的建议也要组建无利益关系的顾问团，其实很容易，但是后来有人跟我们讲，你这种是不可能的，你如果去搞这种顾问团的话，等于是把人家利益部分都砍掉了。最后很多钱，流向了骗子和贪污。
你这个项目要这么多钱是干什么的？你一项一项地把它列出来，审核部门再找相关专家、顾问团详细讨论和决策，就会很难被蒙骗，可能要很久才能出来方案，但是，将来出错的几率就会很小。
DeepTech：扶持半导体事业已经成为国家战略，而且市场的投资热度都很高，但我们造的芯片可能大多在一些非常细分的领域或者相对中低端一些，这种方式能让中国半导体事业进阶到一个理想预期么？
马佐平：现在业界投资的很多芯片，是有一些商机的，虽然不是最高端的芯片，但在中国市场的需求量还是很大。如果这批创业者比较了解的话，抓住这个重点，弥补市场空白，外面进不来，刚好我们自己有这个能力去弄，而且可以很快研发出来，一定程度上可以把我们国内的供应链产业链给加强，当然这只是短期。
长远来看，我们国家芯片产业真正的目标还是要做高端芯片，像华为等公司需要的旗舰手机芯片、5G 设备芯片等，它需要非常高端的基础技术支撑，国内没办法供应它，那短期能怎么办？没办法，那就要沉下心来做长期打算，真的是忍痛前行。
芯片产业链非常复杂，涉及面非常广，从材料、制造、设计、设备、封装、生产最后到市场，这些环节全部都紧密连在一起，哪里是我们最弱的？那里我们能够迎头赶上等等，需要系统规划一下。
我觉得对于芯片产业，完全要自己封闭起来搞，这是不可能的，一定要争取国际合作，即便美国技术领先，也是要靠国际力量的。我觉得我们可以用外交手段等，推进业界寻求国际合作，而且不能说，完全是我们这边都占利，这种强势的方法不太可行，我们也需要给到对方好处，大家互相促进，能自力更生固然好，但对于芯片产业来说几乎不可能。
这也是一个很现实的事， 因为芯片产业不是某个单一的东西，比如说我们自己造原子d、人造卫星很厉害，攻克几个关键技术就可以做出来。
芯片产业发展是日新月异的，每一个星期每一个月都在创新，你现在以为跟别人的差距差不多了，人家两年以后又翻了一倍，不可能自己闭关自守，我们需要深刻了解这一点，有的时候需要放下一些身段跟人家合作。
我们经常说要赶超，但现阶段只要不差的更远就不错了，人家研发能力更强，也不是不动的，人家也在努力发展。
DeepTech：这么多年来，我们的芯片产业似乎与国际产业链的契合紧密度仍然不够？比如我们遇到制裁禁令会变得很被动，也难以牵动国际产业链帮助进行脱困。
马佐平：契合度比较低。最主要是你可以给人家什么，人家跟你合作，人家能得到什么，我们要得到什么，需要互利的基础，都是很现实的问题。
中国有一个很大的利基就是市场非常大，中国市场已占到全球集成电路市场的近乎一半。此外中国的扶持政策、财力、建厂土地等都具备很大的吸引力，还有一方面，中国近年来培养出来的工程师人才，是美国的好几倍，这些都是非常大的优势所在，怎样利用好这些资源互利，不要老是去对抗。
我们可以集中所有的力量去干一件大事，刚好那个东西不是那么复杂，但现在对于芯片产业来讲，完全不是这个样子，太复杂了。比如一台光刻机就有几十万个零件，其中比较精密的材料来自很多发达国家，荷兰的 ASML 可以把它整合起来，但是里面的关键元件和技术有一大部分是美国提供的，所以美国可以通过一些手段卡住它对中国的供应。
我知道很多地方领导希望看到有实体的东西，比如盖大楼、建厂房、买设备，有一个实体东西在那就安心了，但是这不解决核心问题。
DeepTech：怎么解决你说的核心问题？
马佐平：这需要看一个芯片项目具体的性质，是要做什么事情，但最重要的是人，没有靠谱的人才团队，大楼盖起来，机器买来也没有用。人才为什么会去？他需要知道很明晰且有力的规划，将来能切实落实。据我所知，弘芯就曾计划从台积电高价挖来一些人，给他们开出 3 倍高的薪水，但是呢，单纯为钱而来的人并不一定是最好的人才。
至少要把人才稳住，之后要扩建什么当然是无可厚非的，不能本末倒置。
弘芯项目当前的处境非常可惜，据我了解，蒋尚义已经寻找到了 50 多个得力干将，因为在芯片业界有一个规则，不能从同业竞争公司之中挖来骨干马上雇佣，这期间至少要 “周转” 一年时间， 但是真的有几个厉害人，因为信任他，所以愿意跟着他。
如果没有太多意外和干扰，我相信他带领团队真的可以做成弘芯，而且可能不需要太多年，就能越过 14 纳米工艺，实现 7 纳米乃至更高的水平，因为蒋尚义在台积电就曾领导过 7 纳米工艺的研发突破。
遗憾的是，没人出面将弘芯的局面稳住，就看着它垮掉，这些人才如果都散掉了，不仅前面的钱白花了，重要的是接下来再想攻克 7 纳米工艺谈何容易，再试图从台积电等大厂挖核心人才也会被盯得更紧了。
DeepTech：芯片烂尾潮之外，最近半导体行业还有哪些现象显示出了不好的征兆？
马佐平：我看到了很多中国公司在报道里说开发出了第三代半导体，所谓的第三代半导体，好像很先进，其他的都是一代、二代，我们有了第三代芯片不是更先进吗？其实要我来说，不是第三代，只不过是 “第三类” 半导体，可以局部用到一些大功率、 汽车 、高温设备等细分领域。
还有很多人大谈摩尔定律失效。摩尔定律有狭义与广义之分，狭义的摩尔定律就是把芯片微器件不断缩小，肯定是快到尽头了，比如说台积电 5 纳米，再下一个阶段 3 纳米，最多 1.5 纳米，能够分布几百亿个晶体管等等，但我认为广义的摩尔定律才刚刚开始，很多业内人士也赞同这个说法。
芯片不只是平面的，工程师可以堆叠好几层乃至几十层，新的制造封装工艺在台积电已经在不断突破，而且预期很快会变成主流，就是广义的摩尔定律还不会失效，可以想象一下如果一层有几百亿个晶体管，像盖高楼一样构建几层乃至几十层会有怎样的性能，芯片纳米工艺到极限之后，可把它立体化，用三维的方法重新定义。
DeepTech：我还看到不少光电芯片、乃至碳基芯片可能要取代硅基芯片的说法。
马佐平：光电芯片当然在某些方面可以有很好的应用，而所谓的碳基也好，比如石墨烯或者纳米碳管的炒作，这些是不可能取代硅芯片的，尤其是石墨烯领域的报道很多是在乱讲，它能够做导体，但你要做到硅基晶体管的水平是完全不对的，用碳基取代硅基有些痴人说梦。
自然界中有 10 万种材料，其中约 5000 种是层状材料。如果将它两两组合或者三三组合，那么可能性远远大于 100 万种，其物理性质也大有不同。
“纳米积木”（原子层范德华纳米材料及其异质结构），就是把不同的层状材料的单层或少层分离出来，像搭积木一样，通过堆叠、旋转等方式，设计特定的形状或结构，形成一个自然界中不存在的 “人造晶体”。
山西大学光电研究所韩拯就是玩转 “纳米积木” 的一位年轻教授，他通过设计特殊的结构，借用传统半导体器件的范例，在微纳米尺度新型半导体结构，展示了二维层状材料垂直组装电子器件的诸多新奇物理现象。
韩拯和合作者首次利用二维原子晶体替代硅基场效应鳍式晶体管的道沟材料，在实验室规模演示了目前世界上沟道宽度最小的鳍式场效应晶体管，将沟道材料宽度减小至 0.6 纳米。同时，获得了最小间距为 50 纳米的单原子层沟道鳍片阵列。
此外，他带领的研究团队首次报道的二维本征铁磁半导体自旋场效应器件，为继续寻找室温本征二维铁磁半导体提供了指导意义。
图 | 《麻省理工 科技 评论》“35 岁以下 科技 创新 35 人” 2020 年中国区榜单入选者韩拯
凭借上述研究成果，韩拯成功入选 “35 岁以下 科技 创新 35 人”（Innovators Under 35）2020 年中国区榜单，获奖理由为用二维功能材料制造新型的纳米电子器件，以新型的原子层次制造路线突破半导体工艺，为后摩尔时代晶体管工艺寻找新方案。
铅笔芯的主要成分是石墨，是典型的范德华材料。由于石墨中碳原子层与层之间的范德华结合力较弱，在纸上写字过程当中笔尖上“蹭”下来的二维碳纳米片，就成为了宏观下人们看到的字迹。直到 2000 年左右，英国曼彻斯特科学家安德烈・海姆（Andre Geim，AG）和康斯坦丁・诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）首次把石墨的单原子层（约 0.3nm 厚）分离了出来，并因此获得了 2010 年诺贝尔物理学奖。
韩拯以此为灵感，对物理、材料工程、微观世界等科学领域愈发好奇，这也跟他的成长经历息息相关。
韩拯是江苏人，本科考入吉林大学物理学院，开始核物理专业学习。之后考入中国科学院金属研究所材料学硕士专业。2010 年，他在法国国家科学中心 CNRS 下属的 NEEL 研究所攻读纳米电子学与纳米 科技 博士学位。其导师对于他的评价是：“年轻躁动、充满创新活力。”
之后他作为博士后，在美国哥伦比亚大学物理系，从事范德华人工异质结构的维纳器件量子霍尔效应和电子光学等物理性能研究。
“随着对自身行业的不断深入了解和研究，渐渐地进入了角色，也爱上了科研。” 韩拯告诉 DeepTech。
期间，他作为共同第一作者，完成了二维d道输运电子在 pn 结界面的负折射工作，为实现新的电子开关创造了基础，被 Physics World 杂志评为 2016 年度十大物理学突破之一。
在 2015 年 9 月，而立之年的韩拯决定回国，之后一直在中国科学院金属研究所开展新型人工纳米器件的量子输运调控研究。
对于他而言，在研究当中最享受和最开心的事莫过于，本来一个不太明白的事，不断地通过数据积累与同行讨论之后把它弄明白。
之后，韩拯团队以少数层二硫化钼为研究体系，利用超薄（少数原子层）的六方氮化硼（h-BN）作为范德华异质结的隧穿层，系统开展了隧穿晶体管器件研究。
图 | 硫化钼隧穿晶体管光学照片（比例尺 5 微米）、多工作组态整流效应、以及垂直方面切面图
通过在金属和半导体 MoS2 界面之间引入隧穿层 h-BN，可有效降低界面处的肖特基势垒，从而实现通过局域栅电极对通道 MoS2 费米能级的精确静电调控。所获得的 MoS2 隧穿晶体管仅通过门电压调控，即可实现具有不同功能的整流器件，包括 pn 二极管、全关、np 二极管、全开器件。
这项工作首次将双向可调的二极管和场效应管集成到单个纳米器件中，为未来超薄轻量化、柔性多工作组态的纳米器件提供了研究思路。
之所以选择纳米新材料这个方向，除了自身专业背景之外，更重要的是韩拯对科学一直抱有好奇心。
对此，韩拯表示：“硬盘的读写速率速度越来越跟不上 CPU 的运行速度，如果能把它俩合到一起去做存算一体，可以提高计算机的性能。最直接的方法就是把硅半导体与磁复合到一起，变成一个磁性半导体。”
韩拯团队采用惰性气氛下原子层厚度的垂直组装，发现 3.5nm 厚的 Cr2Ge2Te6 材料在铁磁居里温度以下能够保持优秀的载流子导通性，并且能够实现电子与空穴的双极场效应。该型纳米器件在门电压调控下，磁性亦能得到有效调控，并且与电输运相仿，存在双极门电压可调特性。
“磁性的来源是电子自旋和自旋之间的相互作用。目前，人们发现的室温铁磁性基本上要么在金属当中，要么在绝缘体当中，半导体的磁性很难维持到室温。科学家们一直在积极研究寻找室温下堪用的磁性半导体。” 韩拯告诉 DeepTech。
少数层 Cr2Ge2Te6 是目前已知的首个拥有内禀自旋和电荷态密度双重双极可调特性的二维纳米电子材料，这为继续寻找室温本征二维铁磁半导体提供了一定的指导意义。
例如，来自新加坡国立大学的研究团队在该研究基础上，进一步加强了离子掺杂胶的载流子浓度，将少数层 Cr2Ge2Te6 的铁磁居里温度增强了 4 倍，达到 250K（零下 25 摄氏度）温度。
除此之外，韩拯与合作者首次针对具有巨大面内电导率各向异性的二维材料碲化镓，通过垂直电场实现了对该各向异性电阻率比值的调控，从 10 倍调控至高达 5000 倍，该数值为目前已知二维材料领域里报道的最高记录。
这意味着发现了电子世界的 “交通新规”：在晶格传输过程中，受外电场的影响，电子的导电特性沿着不同方向表现出了一定的差异。
也就是说，如果将电子传输通道比喻成两条垂直的繁华街道。当没有电场时，一条是另一条通过率的 10 倍左右。一旦施加一定强度的外电场，这两条 “车道” 上的电子通过率差别可高达 5000 倍。
站在科幻角度来描述，这种材料可以制作成为一种新型各向异性存储器，当该存储器中一次性写入的数据，沿其中一个方向读取出来的是一本小说，而沿另一个方向读取出来的，则是一部电影。
发现的二维极限 GaTe 纳米电子器件展示出了门电压可调的、面内巨各向异性电阻效应（Giant Anisotropic Resistance），为实现新型各向异性逻辑运算、存储单元、以及神经元模拟器件等提供了可能。
之后，韩拯与合作者湖南大学刘松教授、金属研究所孙东明教授等人，首次提出了利用二维原子晶体替代硅基场效应晶体管 FinFET 的 fin 的沟道材料，通过模板生长结合多步刻蚀的方法，制备出了目前世界上沟道宽度最小的（0.6nm）鳍式场效应晶体管（FinFET），也是目前世界上最薄的鳍式晶体管。
FinFET 是一种为了解决由于进一步集成化需求，硅基平面场效应晶体管的尺寸被进一步缩小所引起的短沟道效应等问题，采用将沟道和栅极制备成 3D 竖直形态的鳍（fin）式晶体管。然而，受限于目前微纳加工的精度，报道的硅基 FinFET 沟道宽度最小约为 5nm。
该团队采用自下而上 Bottom-up 的湿法化学沉积，在高度数百纳米台阶状的模板牺牲层上连续保形生长单层二维原子晶体半导体，最终将 FinFET 的沟道材料宽度缩小至单原子层极限的亚纳米尺度（0.6 nm），几乎达到物理极限。
同时，采用多重刻蚀等微纳加工工艺，基于此制备演示了最小间距为 50 nm 的单原子层沟道鳍片阵列，为后摩尔时代的场效应晶体管器件的发展提供了新方案。
在工业界，尤其在半导体工业，大家都希望芯片的尺度越来越小，性能越来越高。FinFET可以把平面通道变成站立通道，这样就节约了大量的空间，如此一次就能在更小的面积里，储存更多的芯片或运算单元。
简单来讲，韩拯其主要研究的是功能材料在尺寸非常非常小的时候，有哪些有趣的物理性质和新奇的物理行为，并进一步利用这些有趣的物理现象，来组装制造成纳米尺度下的低功耗、多功能、智能化的小型电子器件。
事实上，一些范德华材料已经在例如透明柔性电子、能源催化等诸多性能方面超越了传统材料，具有诱人的发展前景。
“团队目前虽然以基础研究为主，但也正在逐渐努力从实验室走向应用，我们需要进一步在原始创新以及与应用研究交叉结合等方面多下功夫”。如何实现从零到一的创造发明，并不断加强研究的深度，将是韩拯团队后续工作中的首要目标。
“我们知道这很难，但是仍然要努力学习做一名孤独的研究者，一方面，是静下心来钻研的孤独，另一方面，则是在创新创造上独树一帜。” 韩拯告诉 DeepTech。
在下一阶段，韩拯表示将继续深耕纳米积木领域，专注在新原理、新结构、新制造方式等科学目标。用自下而上、原子层次制造的路线，与目前主流的自上而下半导体工艺相结合，从而展现更多的可能性。
相信在摩尔定律行将失效不久的将来，小尺寸的突破口，一定出现在纳米制造领域，例如自组装、生物模版、原子层次 3D 打印等等。
来源丨DeepTech深 科技 （ID：deeptechchina）
作者丨杨一鸣
近日，中国科学院高鸿钧团队传出喜讯，他们实现了 在石墨烯上高精度的结构制作，精度已经达到了原子的级别。
这样的研究成果不仅显示了研究团队对于纳米结构制作的高超技术，也再次将石墨烯这一纳米器件制作平台推到了科学研究的最前沿，对于可控制造特殊性质的纳米器件，例如量子器件，有重要研究意义。
此项成果以论文的形式发表于 9 月 6 日的 Science 杂志上，高鸿钧院士对DeepTech 表示，在本次工作中，团队利用课题组长期积累的扫描隧道显微学原子 *** 纵技术，实现了原子级精准的石墨烯可控折叠，目前也在尝试六方氮化硼等其他二维材料的可控折叠，以及利用原子级精准的可控折叠技术，构筑更为复杂的二维纳米结构。
据介绍，高鸿钧课题组长期致力于石墨烯的制备、物性研究及潜在应用，是国际上最早的在金属衬底上外延生长高质量、大面积石墨烯的课题组之一。
图 | 麻省理工 科技 评论
在这次重要突破中，如此精细的原子级制作，必定使用了非常高深难懂的手法吧！其实不然，文章的第一作者是来自中科院的陈辉、张现利和张余洋，他们在文中用的词汇是“Origami”——折纸艺术。
事实上，他们只是用 STM（扫描隧道显微镜）将石墨烯折叠了一下。没错，他们登上 Science 的文章，仅仅是将一小块石墨烯折叠了一下，得出了很奇妙的现象。
这种反差萌其实和石墨烯的特色发迹史一脉相承，石墨烯于 2004 年由英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃消洛夫（Konstantin Novoselov）发现。当时获取石墨烯的方法名称很响亮：“机械剥离法”，也就是从高定向热解石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样 *** 作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。
而他们也因为对于石墨烯研究的卓越贡献，于 2010 年被授予诺贝尔物理学奖，那年的诺奖也被称为是“用胶带撕出来”的。只能说我们身边的科学有很多是源于生活，而高于生活的。
折纸艺术 | pixabay
一直以来，石墨烯都被认为是“新材料之王”，这种特殊的材料，也是科学家发现的首批二维材料之一，是由碳原子以 sp² 杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。
石墨烯突出的特点是，高载流子迁移率、强度高、带隙可调等，是半导体研究、纳米材料研究的热点材料。
其次，石墨烯是制作一系列纳米材料的“母体”，我们能够以石墨烯为“出发点”，制作一系列有独特特性的材料，例如像足球一样的“富勒烯”，可以认为是由石墨烯的片段卷积而成；还有“碳纳米管（CNT）”，可以认为是用石墨烯“卷”起来的。最近，MIT 的研究团队基于碳纳米管制作了一款具有超过 14,000 个晶体管的 16 位微处理器，刚刚登上 Nature 期刊。而按照不同的角度“卷”起来的碳纳米管，它们会有不同的物理特性。
那么，如果能够精确控制制作工艺，在石墨烯这个平台上制作我们想要的纳米材料就具有十分重大的研究意义和广阔的应用前景了，也能为 探索 石墨烯的新性能打开新方向。
如何实现精细 *** 作呢？研究团队选择了可能是当今世上最精贵的仪器——“STM（扫描隧道显微镜）”进行 *** 作，这种基于“量子隧穿效应”的仪器也是当今世上最精密的测试仪器之一，能够 通过仪器中原子尺寸级别的探针与样品之间的相互作用来实现“原子 *** 纵（Atomic Manipulation）”，即对单原子进行移动，并以此制作纳米结构。
曾登上化学高考试题的“中国”，由我国科学家在 199 3年首次利用超真空扫描隧道显微镜技术，在一块晶体硅（由硅原子构成）的表面直接移动硅原子写下了“中国”两字
选择了石墨烯，选择了利器 STM，研究人员就放开手脚大干了一场。他们首先使用 STM 将一小块石墨烯（原文是 graphene island，即石墨烯小岛），进行折叠和展开 *** 作，折叠方向可以是随机的，也可以是精确控制沿着指定方向进行折叠。
这一次的折叠，是当今世界上最小的一次对石墨烯的折叠，并且不仅能折叠，还能复位，如果没有十分精确的控制是不可能完成的。
高鸿钧解释道：“单纯的折叠和复原其实比较快，就是在秒的量级。但是为了实现原子级精度的可控折叠，需要首先在高定向裂解石墨上获得合适尺寸的石墨烯纳米片，我们目前使用的是氢离子轰击技术，一般需要 10 个循环的氢离子轰击，这个过程需要 10 个小时左右。一旦有了我们设计尺寸的石墨烯纳米片，折叠和复原就可以很快，并且成功率也很高，可重复性也非常好。”
STM实现的石墨烯折叠和复原 | Science
接着，研究团队在折叠处发现了具有特殊性质的结构——“褶子”，研究团队将其称为“1D tubular”，如上图中 C 和 D 所示，清晰地记录了这个结构的高度尺寸。他们发现这个结构和碳纳米管结构很类似，都是石墨烯卷起来一样的，那么它的性质会是怎样的呢？
电学测试表明，与碳纳米管类似，这样的结构具有一维材料的特性，电子在这种结构上只能做一维的运动，即向前或者向后。
高鸿钧
但是，该结构与传统碳纳米管相比也略有不同，对此高鸿钧解释道：“利用石墨烯折叠出来的 1D tubular 结构与传统的 CNT 相比，有着自身的特点。从原子结构角度来讲，折叠出来的 1D tubular 是一个非闭合结构，这种非闭合结构也会对其电子结构造成影响，我们的理论计算表明，1D tubular 除了具有传统 CNT 的 1D van Hove 奇点特征以外，还具备一些有限尺寸石墨烯片的电子结构特点。”也就是说， 1D tubular 是利用石墨烯卷起来的非闭合结构，它既有碳纳米管的一些特性，也具有石墨烯的特性。
于是高鸿钧团队开始考虑如何利用这种结构制作器件，根据石墨烯具有的“双晶”特性，他们首先尝试了“ 异质结 ”器件（一个器件由两种不同性质材料组成）的制作。
石墨烯折叠形成 | Science
所谓“双晶”特性，就是一层石墨烯上可能会出现两种排列方向不同的蜂窝结构，即使都是六边形，就好像是用两张饼拼成了一张饼一样（如上图中的 A）。换一种说法，我们也可以认为是在一层双晶石墨烯上能存在两种不同属性的石墨烯，也就是两种不同的材料。
如果我们能够以一种可控的方式将这层双晶石墨烯以一定的角度折叠起来，那么在折叠的地方就能出现两种材料的界面，也就能形成异质结的结构。
这种处于一维结构上的异质结可能会显示出不一样的电子特性，例如文章中报道的局部电子奇点等，也许会成为新型一维器件的制作方式。
对于材料的应用，高鸿钧充满自信地表示：“如果利用双晶石墨烯片进行可控折叠，可以得到传统 CNT 研究中科学家一直想要获得的结构可控的一维纳米线异质结，这样的一维纳米线异质结两端的电子结构可以相差很大，通过精心设计，可以做成传统半导体器件中的 pn 结，进而构建更加丰富的信息功能器件”。
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果壳
ID：Guokr42
整天不知道在科普些啥玩意儿的果壳
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