晶体是(shi)计算机、通讯、航空、激光技术等领域的关键(jian)材料。传统制备大尺寸晶体的方法，通常是(shi)在晶体小颗粒表面“自下而上”层层堆砌原子，好像“盖房子”，从地基逐层“砌砖”，最终搭建成“屋”。
北京大学科研团队在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(wang)上走”的“顶竹笋”一般生长(chang)，可保证每层晶体结构的快速生长(chang)和(he)均一排布，极大提高(gao)了晶体结构的可控性。这种“长(chang)材料”的新方法有望提升芯(xin)片的集成度和(he)算力，为(wei)新一代(dai)电子和(he)光子集成电路提供新的材料。这一突破性成果(guo)于7月5日(ri)在线发(fa)表于《科学》杂志。
图为(wei)用“晶格传质-界面生长(chang)”新方法制备晶圆级二维晶体（受访者供图）
北京大学物理学院凝聚(ju)态物理与材料物理研究所所长(chang)刘开(kai)辉教授介绍，传统晶体制备方法的局限(xian)性在于，原子的种类、排布方式等需严格筛选才能堆积结合，形(xing)成晶体。随着原子数目不断(duan)增加，原子排列(lie)逐渐不受控，杂质及缺陷累积，影响晶体的纯度质量(liang)。为(wei)此，急需开(kai)发(fa)新的制备方法，以更精确控制原子排列(lie)，更精细调控晶体生长(chang)过程。
为(wei)此，刘开(kai)辉及其合作者原创提出名为(wei)“晶格传质-界面生长(chang)”的晶体制备新范式：先将原子在“地基”，即厘米级的金属表面排布形(xing)成第一层晶体，新加入的原子再进入金属与第一层晶体间，顶着上方已形(xing)成晶体层生长(chang)，不断(duan)形(xing)成新的晶体层。
视(shi)频为(wei)用“晶格传质-界面生长(chang)”新方法制备二维晶体过程（受访者提供）
实验证明，这种“长(chang)材料”的独特方法可使(shi)晶体层架构速度达到每分钟50层，层数最高(gao)达1.5万层，且每层的原子排布完全平行、精确可控，有效(xiao)避免了缺陷积累，提高(gao)了结构可控性。利用此新方法，团队现(xian)已制备出硫化钼、硒化钼、硫化钨等7种高(gao)质量(liang)的二维晶体，这些晶体的单(dan)层厚度仅为(wei)0.7纳米，而目前使(shi)用的硅材料多(duo)为(wei)5到10纳米。
图为(wei)基于二维晶体的电子和(he)光子集成电路（受访者供图）
“将这些二维晶体用作集成电路中晶体管(guan)的材料时，可显著提高(gao)芯(xin)片集成度。在指甲盖大小的芯(xin)片上，晶体管(guan)密度可得到大幅提升，从而实现(xian)更强大的计算能力。”刘开(kai)辉说，此外，这类晶体还(hai)可用于红外波段变频控制，有望推动超薄光学芯(xin)片的应用。
来源：新华社(she)
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编辑：张(zhang)萌 校对：刘莉