王欣然：新型二維有機(jī)材料制造晶體管 核心指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平

    29歲評(píng)上教授、入選首批“青年千人計(jì)劃”、獲“中國(guó)青年五四獎(jiǎng)?wù)隆薄㈤L(zhǎng)江學(xué)者……如此多榮譽(yù)賦予一個(gè)“80后”海歸令人炫目的光環(huán)。他是南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院教授王欣然，2011年在美國(guó)做完博士后，選擇回國(guó)工作。對(duì)于原創(chuàng)科研，這個(gè)35歲的青年海歸有著近乎癡迷的認(rèn)真和嚴(yán)謹(jǐn)。

    21世紀(jì)科研，最大的機(jī)遇在中國(guó)

    王欣然是美國(guó)科學(xué)院院士戴宏杰的學(xué)生，在校期間表現(xiàn)優(yōu)異，也有機(jī)會(huì)在美國(guó)找到一份不錯(cuò)的教職。但他還是選擇回國(guó)，因?yàn)樗麍?jiān)信“21世紀(jì)科研，最大的機(jī)遇在中國(guó)”。

    “我做出回國(guó)的決定其實(shí)沒(méi)有多少猶豫。”這個(gè)年輕的博導(dǎo)說(shuō)，中國(guó)提出“科技強(qiáng)國(guó)”“人才強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略，對(duì)于一個(gè)立志搞科研的人來(lái)說(shuō)，是個(gè)難得的機(jī)遇。“更重要的是，我在國(guó)外感覺(jué)不踏實(shí)，回國(guó)后才有歸屬感。”

    王欣然說(shuō)，他在斯坦福大學(xué)讀博期間，用的設(shè)備很多都是工業(yè)界捐贈(zèng)的淘汰下來(lái)的設(shè)備。如今，他的實(shí)驗(yàn)室新購(gòu)買的設(shè)備，都是全世界最先進(jìn)的。“現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的科研條件，尤其是硬件，絕不比國(guó)外差，很多地方還更好。”

    國(guó)家的政策關(guān)懷也讓他倍感溫暖。王欣然一回國(guó)就入選國(guó)家“青年千人計(jì)劃”，國(guó)家和學(xué)校配套了600萬(wàn)元科研經(jīng)費(fèi)，還幫助解決了住房、孩子上學(xué)等生活問(wèn)題，讓他可以心無(wú)旁騖做科研。

    研究對(duì)象越薄，對(duì)科研厚度的要求越高

    隨著硅基集成電路逼近極限，尋找新一代信息技術(shù)的新材料、新結(jié)構(gòu)和新原理成為世界科研熱點(diǎn)。一直從事石墨烯等二維材料研發(fā)的王欣然，無(wú)疑站在了時(shí)代潮頭。

    “二維材料的厚度只有一個(gè)納米左右，相當(dāng)于一張紙厚度的十萬(wàn)分之一。”通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的顯微鏡和顯示屏，王欣然給記者展示研制出的新型二維層狀半導(dǎo)體材料——硫化鉬。他的實(shí)驗(yàn)室用這種材料做成的晶體管，運(yùn)行速度達(dá)到同類材料的世界最高水平。

    整天和“超薄”的二維材料打交道，王欣然對(duì)科研的“厚度”卻有著極其嚴(yán)格的要求。每周，他都帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員梳理分析世界研究的最新進(jìn)展，討論研究方向。而對(duì)于實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)數(shù)據(jù)，論文的每一個(gè)單詞，他都反復(fù)核算，確保無(wú)誤。

    在生活中，王欣然被學(xué)生們親切地稱為“老王”，師生常常一起吃飯，一塊打羽毛球。但只要涉及科研，他立即就會(huì)變身為嚴(yán)肅的“王教授”，對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)和細(xì)節(jié)都有近乎苛刻的要求。

    “生活中可以放松，但科研時(shí)必須嚴(yán)謹(jǐn)。”王欣然說(shuō)，在美國(guó)斯坦福大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)的7年學(xué)習(xí)經(jīng)歷，讓他養(yǎng)成了嚴(yán)格的學(xué)術(shù)規(guī)范和態(tài)度。

    回國(guó)短短5年，王欣然帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在《自然》子刊、《物理評(píng)論快報(bào)》、《先進(jìn)材料》等國(guó)際著名期刊發(fā)表30余篇論文，被美國(guó)物理學(xué)會(huì)、自然出版集團(tuán)等進(jìn)行專題報(bào)道，至今仍保持著石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管開(kāi)關(guān)比的世界紀(jì)錄。

    一次意外嘗試，激發(fā)原創(chuàng)科研

    對(duì)科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)并不意味著失去探索未知的勇氣。王欣然回國(guó)初期，由于研究方向在國(guó)內(nèi)是空白、新購(gòu)設(shè)備還沒(méi)到位，他和三個(gè)學(xué)生靠著“蹭設(shè)備”做實(shí)驗(yàn)，在二維有機(jī)半導(dǎo)體方面的研究走在了世界前列。

    科學(xué)界研究的二維材料長(zhǎng)期集中在無(wú)機(jī)領(lǐng)域。為了取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，王欣然在研究中引入有機(jī)材料，最初的打算是把有機(jī)材料生長(zhǎng)到石墨烯表面。但實(shí)驗(yàn)中，他們意外發(fā)現(xiàn)，一些有機(jī)材料的生長(zhǎng)比他們預(yù)想的“更有意思”，通過(guò)一種氣相生長(zhǎng)方式，可以生長(zhǎng)成只有一個(gè)納米厚的單層。由這種新型二維有機(jī)材料制造的晶體管，核心指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先。

    這次意外發(fā)現(xiàn)讓他們對(duì)二維半導(dǎo)體材料的研究從無(wú)機(jī)拓展到有機(jī)。2014年，這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《自然》子刊，引起世界關(guān)注。2015年，美國(guó)國(guó)防部立項(xiàng)重點(diǎn)研究二維有機(jī)材料。

    王欣然的原創(chuàng)科研還在不斷拓展。“最新的研究方向是柔性電子學(xué)，比如可穿戴人體健康監(jiān)測(cè)設(shè)備。”這個(gè)執(zhí)著創(chuàng)新的山東小伙透露，目前，他們正在嘗試把電子器件做在很軟的橡膠上，厚度只有零點(diǎn)幾毫米，完全貼合皮膚，可通過(guò)體溫、汗液等實(shí)時(shí)監(jiān)控人體健康狀況。<