晶体是计算机、通讯、航空、激光技术等领域的关键材料。传统制备大尺寸晶体的方法，通常是在(zai)晶体小颗粒表面“自(zi)下(xia)而(er)上”层层堆砌原子，好像“盖房子”，从地基逐(zhu)层“砌砖”，最终搭建成“屋”。
北京大学科研团队在(zai)国际上首创出一种全新的晶体制备方法，让材料如“顶着上方结构往上走”的“顶竹笋”一般生长，可保证每层晶体结构的快(kuai)速生长和均一排布，极大提高(gao)了晶体结构的可控性(xing)。这种“长材料”的新方法有望提升芯片(pian)的集成度和算力，为新一代电(dian)子和光子集成电(dian)路提供新的材料。这一突破性(xing)成果于7月5日在(zai)线发表于《科学》杂志。
图为用“晶格传质-界面生长”新方法制备晶圆级二维晶体（受访(fang)者供图）
北京大学物(wu)理学院凝聚态物(wu)理与材料物(wu)理研究所所长刘开(kai)辉教授介绍，传统晶体制备方法的局限性(xing)在(zai)于，原子的种类、排布方式等需严(yan)格筛选才能堆积结合，形成晶体。随着原子数目不断增加，原子排列逐(zhu)渐不受控，杂质及缺陷累积，影(ying)响晶体的纯度质量。为此，急需开(kai)发新的制备方法，以更精确(que)控制原子排列，更精细(xi)调控晶体生长过程。
为此，刘开(kai)辉及其合作者原创提出名为“晶格传质-界面生长”的晶体制备新范式：先将原子在(zai)“地基”，即厘米级的金属表面排布形成第一层晶体，新加入的原子再(zai)进入金属与第一层晶体间，顶着上方已(yi)形成晶体层生长，不断形成新的晶体层。
视频为用“晶格传质-界面生长”新方法制备二维晶体过程（受访(fang)者提供）
实(shi)验(yan)证明，这种“长材料”的独特方法可使晶体层架构速度达到每分钟50层，层数最高(gao)达1.5万(wan)层，且每层的原子排布完(wan)全平行(xing)、精确(que)可控，有效避免了缺陷积累，提高(gao)了结构可控性(xing)。利用此新方法，团队现已(yi)制备出硫(liu)化钼、硒化钼、硫(liu)化钨等7种高(gao)质量的二维晶体，这些晶体的单层厚度仅为0.7纳米，而(er)目前使用的硅材料多为5到10纳米。
图为基于二维晶体的电(dian)子和光子集成电(dian)路（受访(fang)者供图）
“将这些二维晶体用作集成电(dian)路中(zhong)晶体管的材料时，可显著提高(gao)芯片(pian)集成度。在(zai)指甲盖大小的芯片(pian)上，晶体管密度可得到大幅提升，从而(er)实(shi)现更强大的计算能力。”刘开(kai)辉说，此外，这类晶体还可用于红外波段变频控制，有望推动超薄光学芯片(pian)的应用。
来源：新华社
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