石墨烯和它的兄弟姐妹们

——复旦大学张远波教授为华二学子们做专题讲座

2022年4月5日,来自复旦大学物理学系的张远波教授在线上为华二学子们带来有关《石墨烯和它的兄弟姐妹们》的博学计划讲座。张教授用深入浅出的语言,配合许多生动的视频和图片,带领二附中高一的同学们领略了信息处理及信息存储的发展过程和应用。

首先,张教授从半导体材料硅的发现和应用谈起,向我们介绍了由半导体三极管形成的电子开关,通过逻辑门的连接,形成开关网路,最终达到计算功能的过程和其中的原理。并在此基础上,向我们介绍了从初代集成电路到如今的超大规模集成电路的一步步发展,为我们展示了每一个阶段集成电路的晶体管的密集程度,使我们形象地感受到了如今芯片集成电路的先进技术。

接着,张教授引入了两个有关集成电路的定律,即按比例缩小规则和摩尔定律,向我们解释了芯片不断缩小尺寸和提升芯片的性能间的关联。张教授通过一个指数函数的图像形象地向我们展示了在不久的未来,电脑的计算能力甚至可能超过所有的人脑,这不禁让我们为之震惊。这时,张教授却提出了集成电路不断按比例缩小也存在着一个潜在的问题,即漏电,以导致器件的性能会随之变差。于是,张教授引领我们共同思考解决方案,向我们展示了鱼鳍晶体管的模型以及在此基础上的Gate All Around晶体管。但是,无论是哪种解决方案,最小也仅能达到2nm的规模,接下来该如何才能使得集成电路的性能更上一层楼呢?

在说明了提升集成电路过程中三维材料的极限后,张教授随之引入了二维材料的发现和应用。张教授从自己在博士研读过程中对石墨烯的研究过程谈起,利用视频向我们展示了剥离石墨烯的过程,以及石墨烯的应用发展。然而,由于石墨烯能带间没有空隙,也会导致漏电,科学家们便继续探寻着可能有效的二维材料。最终,科学家们利用黑磷,制成了国际首个二维黑磷电子元件。在黑磷之外,张教授还向我们介绍了许多其他二维材料在各个领域的应用,让我们深刻地感受到二维材料于现在以及未来广阔的应用前景。

第二部分中,张教授向我们介绍了关于信息存储方面的知识和技术,利用动画和图片向我们生动地展示了纳米科技的开端,信息存储技术的极限以及信息存储在原子尺度的应用发展等等。这不仅让我们了解到信息存储如今的发展阶段,也让我们切身地感受到了科学家们不断突破已有的极限,精益求精的科研精神。

最后,在提问环节,张教授更是向我们叙说了他自己走上物理探索道路的过程和心态,并鼓励我们要发掘寻找自己的兴趣,培养自己的志向,继承发扬不断突破,坚持不懈,热爱科学的科研精神。希望未来的我们,也能像张教授所说,发现物理独特的美,发展壮大自己的兴趣,将科研精神贯彻于我们的一生。

 【撰稿:2405 张子悦;审稿:疏源源】

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