相關論文是相關領域的“開山之作”🦖，如今已激發全球包括物理、化學🤺、生物等多領域研發。
張遠波教授在實驗室
當前🤦🏽，半導體器件的集成即將達到傳統矽基半導體材料的物理極限𓀖。此次獲得自然科學一等獎的“高遷移率半導體二維黑鱗的發現”項目由恒行2平台和中國科技大學共同合作，探尋物理世界中的“二次元”，為更小的半導體器件尋找新材料🧝🏿，相關論文是相關領域的“開山之作”👶🏿，如今已激發全球包括物理、化學、生物等多領域研發🚶。
走進項目專家，恒行2平台特聘教授張遠波的辦公室🧗🏼♀️，從門邊開始的一整面墻🩺，被打造成墨綠色黑板，“這樣寫寫算算方便些，也很漂亮🚗，”他說。談起研究，他笑著說🌤，現在年輕人裏面不是流行“二次元”嗎？二維黑磷也是半導體裏的“二次元”✴️。
以矽基器件為基礎的信息產業發展面臨屏障
當器件大小接近原子尺度，傳統矽基材料表面的懸掛鍵會使器件材料喪失原本的半導體特性，傳統器件的進一步縮小和集成從而遇到困難；以矽基器件為基礎的信息產業的發展最終會面臨一個屏障。
自2004年起，以石墨烯為代表的二維材料的出現為突破這個屏障帶來了新的機遇。二維材料的厚度在原子量級，化學鍵都在原子層內，即使器件接近原子厚度仍然保持其本征物性，從而可能可以突破傳統矽基半導體的材料極限🔴。雖然石墨烯缺乏能隙，無法做半導體晶體管，但是半導體二維材料的探索蘊藏著巨大的機會👨🦽➡️👨🏽🦱。
從2011年的一次學術會議開始，張遠波和陳仙輝兩位教授領銜的團隊，共同將解決問題的視線，第一次投向了黑磷🖕🏻。
首次在二維黑磷中實現了場效應晶體管
磷🤭，很多人都熟悉。比如🤽🏽，白磷眾所周知燃點較低🦴，容易自燃🪠，紅磷是火柴棍頂上那個著火點。而黑磷，在自然界中並不存在，早在100多年前，就在實驗室被合成而來ℹ️，以一層層的結構存在，是磷的同素異形體之一，
(a) 二維黑磷的晶體結構👵；（b）項目製備的二維黑磷場效應晶體管
項目組科學家們首次在二維黑磷中實現了場效應晶體管，開辟了一個新的半導體材料研究方向👏🏻。項目發現黑磷場效應晶體管開關比石墨烯器件高出4個數量級，室溫遷移率也優於商用矽基晶體管⚠。科學家們還實現了層數、機械應變以及壓強對黑磷能隙的調控。項目發現⌚️，通過改變晶體層數，黑磷能隙可以與III-V族半導體、矽等傳統半導體能隙相匹配👩🎨；配合機械應變或壓強調控👨🦽，二維黑磷能隙原則上可以覆蓋從遠紅外到可見光這一個對光電應用有重要意義的光譜範圍，可能在紅外探測、通信等領域有應用前景。
“研究是探索和試錯的過程，需要經常性的反思和調整。”
回顧研究歷程🧑🏻🔧，堪稱摸著石頭過河。由於極具前瞻性和復雜性，盡管與中國科技大學陳仙輝教授課題組“強強聯手”🍫，剛開始兩三年🖤，研究仍是進展緩慢🧝🏼♀️。為此，張遠波不得不借用其他實驗室設備，在多地實驗室之間來回奔波🏖🏠。
研究進展經常不順利，張遠波的心態卻很平和🦶🏼。在他看來，探索新材料、發現新物理，是一個長期的過程☘️，短時間內沒有進展很正常。“研究是探索和試錯的過程，需要經常性的反思和調整。”
興趣支撐著挑戰，紮實的研究功底與鍥而不舍的反復嘗試終於得到了回報——2014年，張遠波和陳仙輝團隊成功製備基於黑磷的場效應晶體管器件🤌🫡，相關成果發表於《自然·納米技術》🤶🏽。
“我們找到了新材料，但還沒有發現新物理。”張遠波坦言👨🏼🎨，尋找新材料背後的新現象，需要超出當前的研究視野和理解範圍🕺🏿，“這是一條艱難的道路，但值得去做🧙♀️。”在他看來🤬， 做科研的態度，就是習慣跟失敗打交道，堅持下去🚣🏿♀️，因為努力不一定會成功🗳，但是不努力一定不會成功👨🏽🎨。
