2023-01-26
目前世界上鳍片最薄的鳍式晶体管是中国制造，而它到底有多薄呢？鳍片宽度只有0.6纳米，相当于三个原子的厚度。这项成果就属于山西大学光电研究所教授、博导韩拯，在2020年年底，他带领团队成员与湖南大学、中科院金属研究所等合作，最终成功制备出了世界上最薄的鳍式场效应晶体管。
关于“薄”的研究，就是韩拯的科研探索。作为一名“85后”科研工作者，韩拯研究的，是尽可能找到二维世界里尺寸非常小的最薄功能材料，堆积成自然界中没有的新结构，探索其新奇有趣的物理性质，再利用这些物理现象来组装制造纳米尺度下的小型电子器件，来服务于未来的应用。
多年来，每一次突破都是韩拯“追光之旅”的成果。
“一路高光”
是他“追光之旅”的名片
韩拯是江苏扬州人，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下属的Néel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：“充满创新活力。”
之后韩拯作为博士后，在美国哥伦比亚大学物理系Cory R. Dean教授研究组开展超高迁移率石墨烯-氮化硼异质结构的低温磁电性能方面的研究工作。2015年10月博士后出站后，开展新型人工纳米器件的量子输运调控研究，这一研究领域是涉及材料、电子、物理等交叉的基础研究学科，国际竞争激烈。
在回国研究期间，韩拯多次与山西大学光电研究所的老师们进行密切的科研合作，在合作中了解到山大光电研究所扎实的学风和浓厚的科技底蕴。2020年他应邀出任山大光电研究所教授、博士生导师。“科研是一个不断挑战未知领域、努力创新的过程。科技教育则是在前人基础上，使青年学子们了解已知领域，并热爱上挑战未知领域的过程。”韩拯坦言，在山西省大力推进科技创新的大背景下，在彭堃墀院士创建的山西大学光电研究所这个平台上，青年科技工作者的发展空间十分广阔。入职山西大学3年来，韩拯的科研成果多次入选科技领域重要进展，同时在山大光电研究所聚集了一支优秀青年科学家队伍。
“一路拼搏”
是他“追光之旅”的姿态
追光之路纵崎岖，越是艰险越向前。“科技工作者就是要和未知与创新打交道，发现新的现象、探索新的规律，以进一步指导实践。”在韩拯看来，目前最关键的“实践”，就是要提高原创科研实力，解决纳米电子学领域的关键技术难题和背后的知识积累。“只有通过原创研究才能掌握真正的科研核心，我们才能掌握主动。”韩拯说。
放眼全球，纳米电子学领域在环境、生物、国防安全、能源、微电子等各大领域，应用前景都颇为广泛。“例如可以用在能源领域，比如超级电容，因为它的面积非常大，质量却非常小。”韩拯所聚焦的领域，是纳米微电子。“我和团队主要研究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小型电子器件，以实现新原理、新架构和未来潜在的应用。”韩拯说。
在研究中，韩拯和团队发现了二维电子世界里的一条最新“交通新规”，并发表于国际顶级学术期刊《自然·通讯》。“在电子的世界里，外电场扮演起了对电子传输进行‘交通管制’的角色。”韩拯的这一研究，让二维极限下碲化镓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，为实现新型的逻辑运算和存储单元提供了新思路。
韩拯团队的突破性研究，还远不止于此。团队还成功实现二维本征铁磁半导体晶体管、制造出了世界上最薄的鳍式晶体管、在纳米电子学领域构建了新结构发现相应调控机理等多项创新性研究，发表SCI论文80余篇、美国授权专利1项、中国授权专利5项、欧盟专利1项。
“助推山西”
是他“追光之旅”的心愿
为提高原创科研实力，韩拯以山西转型发展为导向，牵头创建了山西大学“先进纳米结构加工与耦合表征”平台，瞄准新原理电子器件、新奇物理特性调控两个方向，实现核心技术突破，力争解决光电信息产业发展中的关键技术难题。
目前，平台已经取得一系列原创科研成果。例如，韩拯团队和国内外合作者近期利用该科研平台，实现了一种界面电荷序调控量子电子态的新方法，将液氮温度实现量子霍尔效应所需要的磁场降低了一个数量级，使量子化电导边界态在诸如拓扑超导、量子霍尔法珀干涉等未来电子学应用方面迈出了关键一步，成果发表于国际顶级学术期刊《自然·纳米技术》。该平台的创建，将不断增强我省在微电子技术、微纳加工制造领域的原创实力，为进一步实现量子材料的综合表征、极端条件测试、未来低维光电子器件、柔性可穿戴芯片、新原理纳电子器件与传感器等相关产品研发中心打下基础。
奋楫争先，创新不止。“山西科技市场正在蓬勃发展，全省正在大力推进产业转型和科技创新，但相比沿海发达地区而言，还需要进一步提高科技对经济的支撑作用。”韩拯希望，可以和团队一起在未来的5年—10年内，解决微纳加工的新工艺难题，完成一系列具有新功能的原理样机并努力进行相关产业转化，为山西半导体、微纳电子等高科技领域的发展提供助力，助推全省原创科研实力提升。“愿望有多强烈，实现它的概率就有多大。”对于山西的未来和自己的未来，韩拯充满了信心。
