自然界中有10万种材料，其中约种是层状材料。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。

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《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”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”（InnovatorsUnder35）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。

以“纳米积木”为研究对象

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。直到年左右，英国曼彻斯特科学家安德烈海姆（AndreGeim，AG）和康斯坦丁诺沃肖洛夫（KonstantinNovoselov）首次把石墨的单原子层（约0.3nm厚）分离了出来，并因此获得了年诺贝尔物理学奖。

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堆叠的纳米积木

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。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，完成了二维弹道输运电子在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PhysicsWorld杂志评为年度十大物理学突破之一。

在年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。

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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。

为寻找室温本征二维铁磁半导体提供指导意义

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。

磁性半导体器件有望将信息存储和逻辑运算机集成为一个单元，实现存算一体以提高计算机的性能。该研究领域也一直被高度

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