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來源｜北京大學

3月22日晚間，北京大學三項成果同時于Nature在線發(fā)表。這三篇成果分別為：肖俊宇課題組的《FcμR受體對免疫球蛋白IgM的識別》、彭海琳課題組的《外延高κ柵氧化物集成型二維鰭式晶體管》、彭練矛-邱晨光課題組的《二維硒化銦彈道晶體管》。

1、肖俊宇課題組闡明免疫球蛋白IgM被特異性受體FcμR識別的分子機制

IgM是人體內(nèi)五類免疫球蛋白之一，主要由脾臟和淋巴結中漿細胞分泌合成，具有強大的殺菌、激活補體、免疫調(diào)理和凝集作用，在免疫應答早期階段發(fā)揮重要功能。FcμR（也稱為Toso或Faim3）是哺乳動物中唯一的IgM特異性受體，它可以與不同形式的IgM（包括膜結合型IgM單體、血清中的IgM五聚體和六聚體以及分泌型IgM）結合，從而參與B細胞發(fā)育、免疫系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)調(diào)控和抗原呈遞等過程。在慢性淋巴細胞白血病患者中，B細胞表面FcμR的高表達也體現(xiàn)了其在免疫系統(tǒng)和疾病發(fā)生中的重要性。但在過去，F(xiàn)cμR發(fā)揮功能的分子機制尚不明確。

肖俊宇課題組的最新成果《FcμR受體對免疫球蛋白IgM的識別》（“Immunoglobulin Mperception by FcμR”），揭示了FcμR識別不同形式IgM的分子機制。這是繼2020年肖俊宇課題組在Science雜志發(fā)表論文闡明IgM五聚體組裝和黏膜轉運的分子機制之后的又一重大突破。

為了探究FcμR對不同形式IgM的識別機制，該研究首先重組表達了FcμR-D1結構域和IgM-Cμ4結構域的復合體，并解析了其晶體結構。接著，該研究進一步利用冷凍電鏡技術解析了IgM五聚體核心區(qū)和FcμR胞外域組成的復合體結構。進一步地，該研究利用冷凍電鏡技術解析了FcμR與分泌型IgM核心區(qū)形成的復合物結構。

為了評估上述研究的功能相關性，該研究又設計了FcμR突變體，并通過體外蛋白互作、熒光共聚焦顯微鏡、流式細胞術等手段對上述結果進行了驗證。總之，該研究通過結構生物學、生物化學和細胞生物學等手段揭示了FcμR特異性感知不同形式IgM的分子機制，為深入理解IgM的生物學功能奠定了基礎。

重磅！北大院士、杰青、優(yōu)青、理科狀元，同日發(fā)3篇Nature！

研究成果Nature截圖

FcμR受體對膜結合型 IgM、IgM五聚體和分泌型IgM的識別模型

肖俊宇為該論文的通訊作者。北京大學已出站博士后李雅鑫、生命科學學院2019級博士生沈皓、前沿交叉學科研究院2019級博士生張瑞雪為該論文的共同第一作者。

肖俊宇，北京大學生命科學學院長聘副教授。1998年以692分的成績獲東北三省理科狀元，考入北大。2002年獲北京大學理學學士學位，2008年獲密歇根大學理學博士學位；2009-2011，博士后，加州大學圣地亞哥分校（導師：Jack Dixon）；2011-2013，項目科學家，加州大學圣地亞哥分校；2014年任職北京大學。作為通訊作者，曾在Science、Cell等頂級期刊發(fā)表多篇論文。

2、彭海琳課題組報道首例外延高κ柵介質(zhì)集成型二維鰭式晶體管

本研究報道了世界首例二維半導體鰭片/高κ柵氧化物異質(zhì)結陣列的外延生長及其三維架構的集成制備，并研制了高性能二維鰭式場效應晶體管（2D FinFET）。

研究成果Nature截圖

高κ柵氧化物集成型二維鰭式晶體管（2D FinFET）示意圖

彭海琳課題組長期從事二維材料物理化學與表界面調(diào)控研究，致力于解決具有挑戰(zhàn)性的國際前沿科學問題。近期，他們致力于將高遷移率二維半導體與高κ柵介質(zhì)精準集成并極限微縮成三維新架構。彭海琳課題組獨辟蹊徑，建立了絕緣基底上晶圓級二維半導體Bi₂O₂Se垂直鰭片陣列的外延生長方法。同時，利用可控氧化方法，實現(xiàn)了二維Bi₂O₂Se鰭片/高κ自氧化物Bi₂SeO₅異質(zhì)結的外延集成。新型二維半導體溝道/外延集成高κ柵介質(zhì)基二維鰭式晶體管在遷移率（270cm²/Vs）、關態(tài)電流（1 pA/μm）和電流開關比（10⁸）等性能滿足業(yè)界高性能低功耗器件要求；在開態(tài)電流密度方面，相對于商用硅、鍺及二維過渡金屬硫化物（TMD）等材料，Bi₂O₂Se/Bi₂SeO₅二維鰭式晶體管也展現(xiàn)出電子學上的優(yōu)勢和潛力。

彭海琳是該論文工作的通訊作者，北京大學化學與分子工程學院BMS Fellow博士后譚聰偉，博士研究生于夢詩、唐浚川、高嘯寅是共同第一作者。生長理論計算和形貌表征方面的主要合作者還包括韓國蔚山國立科技研究院丁峰教授、清華大學物理系姜開利教授等。

彭海琳，北京大學博雅特聘教授、國家杰出青年基金獲得者。從事材料物理化學與納米器件研究，發(fā)展了高遷移率二維材料(石墨烯、拓撲絕緣體、金屬氧硫族材料)的制備科學及器件應用研究。

發(fā)表SCI論文200余篇（含Science和Nature子刊20余篇），被引用逾20000次，連續(xù)入選“科睿唯安”高被引學者榜單。授權專利50余項和申請專利50余項，撰寫中文專著兩部。近年來在國際及雙邊重要學術會議上做邀請報告60余次，籌劃和組織國際和雙邊會議10余次。2011年入選教育部新世紀人才支持計劃，2012年獲國家首批優(yōu)秀青年基金，獲2015年國家杰出青年科學基金、2017年Small青年科學家創(chuàng)新獎、2017年MRS Singapore ICON-2DMAT Young Scientist Award、2017年第二十屆茅以升北京青年科技獎、2017年國家自然科學二等獎、2018年教育部青年科學獎、2018年科技部中青年科技創(chuàng)新領軍人才、2021年獲“科學探索獎”。

現(xiàn)任北京大學化學與分子工程學院副院長，兼任北京石墨烯研究院副院長、九三學社北京大學三支社主委、九三學社北京市委科技委副主任、北京市第十一屆青聯(lián)委員、中國化學會納米化學專業(yè)委員會委員、《科學通報》和《npj 2D Materials and Applications》《Applied Materials Today》《Advanced Materials Interfaces》等編委或顧問編委。

3、彭練矛-邱晨光課題組研制出速度超越硅極限的二維晶體管

芯片為大數(shù)據(jù)和人工智能的發(fā)展提供源源不斷的動力，芯片速度的提升得益于晶體管的微縮，然而，當前傳統(tǒng)硅基場效應晶體管的性能逐漸接近其本征物理極限。迄今為止，所有二維晶體管所實現(xiàn)的性能均不能媲美業(yè)界先進硅基晶體管，其實驗結果遠落后于理論預測。

彭練矛-邱晨光課題組制備了10納米超短溝道彈道二維硒化銦晶體管，成為世界上迄今速度最快能耗最低的二維半導體晶體管。

研究成果Nature截圖

這項工作實現(xiàn)了三方面技術革新：首先，采用高載流子熱速度（更小有效質(zhì)量）的三層硒化銦作溝道，實現(xiàn)了目前場效應晶體管的最高值；第二，解決了二維材料表面生長超薄氧化層的難題，制備出2.6納米超薄雙柵氧化鉿，將器件跨導提升到6毫西·微米，超過所有二維器件一個數(shù)量級；最后，開創(chuàng)了摻雜誘導二維相變技術，克服了二維器件領域金半接觸的國際難題，將總電阻刷新至124歐姆·微米。

這項工作突破了長期以來阻礙二維電子學發(fā)展的關鍵科學瓶頸，將n型二維半導體晶體管的性能首次推近理論極限，率先在實驗上證明出二維器件性能和功耗上優(yōu)于先進硅基技術，為推動二維半導體技術的發(fā)展注入了強有力的信心和活力。

展望：更快更省電的低維半導體芯片

電子學院博士生姜建峰與徐琳博士為并列第一作者，彭練矛和邱晨光為共同通訊作者，北京大學電子學院為論文唯一單位。

邱晨光，2011年于西安電子科技大學取得微電子專業(yè)學士學位，2016年于北京大學取得物理電子學專業(yè)博士學位，2016-2019年在北京大學電子學系從事博士后研究，并入選“博雅博士后”， 2019年全職加入北京大學電子學系任研究員。主持國家重點研發(fā)計劃重點專項、自然科學基金委“優(yōu)秀青年科學基金”、中國科協(xié)“青年人才托舉工程”等項目。

從事納米電子器件方面的研究近十年，在Science，Nature Electronics, ACS Nano，Nano Letters, IEDM等頂級國際期刊和會議上發(fā)表論文，其中第一作者在Science上發(fā)表論文兩篇，所包括的“5納米柵長碳納米管晶體管”的Science論文入選ESI高被引用論文和熱點論文，并且該工作入選2017年的中國高校十大科技進展，該論文入選2017年中國前100篇國際上高影響力論文。此外，在2018年的一作Science論文上率先在國際上提出并實現(xiàn)了狄拉克冷源晶體管，使得亞60低功耗器件領域增加了又一新成員。

彭練矛，1962年9月生，漢族，湖南省平江縣人。1982年畢業(yè)于北京大學無線電電子學系，獲學士學位；1988年畢業(yè)于亞利桑那州立大學，獲博士學位。1988年5-12月任奧斯陸大學客座科學家；1989年1月-1994年12月任牛津大學研究助理、Glasstone研究員；1994年12月-1999年4月任中國科學院物理研究所研究員。1994年獲首批國家杰出青年科學基金資助，2019年11月當選為中國科學院技術科學部院士。

長期從事碳基電子學領域的研究，做出一系列基礎性和開拓性貢獻。四次擔任國家“973計劃”、重大科學研究計劃和重點研發(fā)計劃項目首席科學家。發(fā)展一整套碳納米管CMOS集成電路和光電器件的無摻雜制備新技術；首次實現(xiàn)5納米柵長碳管晶體管，證明器件在本征性能和功耗綜合指標上相較最先進的硅基器件具有約10倍的綜合優(yōu)勢，性能接近由量子測不準原理決定的理論極限；制備新型超低功耗狄拉克源晶體管，為超低功耗納米電子學的發(fā)展奠定基礎，極大推進了碳基集成電路的競爭力和實用化發(fā)展。在《科學》等期刊發(fā)表SCI論文400余篇。

相關成果獲國家自然科學二等獎（2010和2016年）、高等學校科學研究優(yōu)秀成果獎（科學技術）自然科學一等獎（2013年）、北京市科學技術一等獎（2004年），入選中國科學十大進展（2011年）、中國高等學校十大科技進展（2000和2017年）、中國基礎科學研究十大新聞（2000年）。個人獲何梁何利基金科學與技術進步獎（2018年）、全國創(chuàng)新爭先獎（2017年）、推動“北京創(chuàng)造”的十大科技人物（2015年）、全國優(yōu)秀博士學位論文指導教師（2009年）、北京大學首屆十佳導師（2013年）等榮譽。

2000年當選英國物理學會會士。現(xiàn)任中國真空學會副理事長、《應用物理期刊》（Journal of Applied Physics）副主編、北京元芯碳基集成電路研究院院長等。?

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