據(jù)外媒報道；美國賓夕法尼亞州立大學(xué)團(tuán)隊在《自然》雜志發(fā)表研究成果，首次利用原子級厚度的二維材料（非硅）成功研制出功能完整的計算機(jī)，標(biāo)志著新型電子設(shè)備開發(fā)的重要進(jìn)展。這是一項突破性成果；首次利用二維材料制造出一臺能夠執(zhí)行簡單操作的計算機(jī)。這項研究標(biāo)志著向造出更薄、更快、更節(jié)能的電子產(chǎn)品邁出了重要一步。

該研究成果肯定了二維材料在原子尺度下的穩(wěn)定性與電學(xué)性能優(yōu)勢，也為突破硅基半導(dǎo)體物理極限提供新路徑。

核心材料與結(jié)構(gòu)?

使用 ?二硫化鉬（MoS?）? 制造n型晶體管，?二硒化鎢（WSe?）? 制造p型晶體管，取代傳統(tǒng)硅材料。

兩種材料均僅一個原子厚度，在微小尺度下仍保持優(yōu)異電子性能，克服硅基材料的物理極限。

?制造工藝?

采用 ?金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）技術(shù)?，制備大面積二維材料薄膜，并分別制造超1000個n型和p型晶體管，構(gòu)建互補金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）邏輯電路。

?性能表現(xiàn)?

計算機(jī)為 ?單指令集架構(gòu)?，可在低電壓下運行，功耗極低。

支持高達(dá)25千赫茲頻率的邏輯運算，雖速度低于傳統(tǒng)硅基芯片，但能完成基礎(chǔ)計算任務(wù)。

二維材料是什么？

二維材料是指電子僅能在兩個維度的納米尺度上自由運動的材料，如石墨烯、二硫化鉬等，它們與傳統(tǒng)三維材料（如金屬、塑料）在結(jié)構(gòu)上有著本質(zhì)的區(qū)別。二維材料是指具有原子級厚度（通常為單層或幾層原子）且電子運動被限制在二維平面內(nèi)的新型納米材料。二維材料的全名為二維原子晶體材料，是伴隨著2004年曼徹斯特大學(xué)（University of Manchester）Geim 小組成功分離出單原子層的石墨材料——石墨烯（graphene） 而提出的。

在日常生活中我們見到的材料一般都是三維的，也就是具有一定長度、寬度、高度，但如果把一個維度抹平，那就是二維材料。例如一本書就具有長寬高，而二維材料就像是從這本書上單獨撕下來的一頁紙，看上去只有長和寬，厚度在我們?nèi)庋劭磥韼缀鯙榱恪Ｔ诳茖W(xué)界，真實的二維材料就是厚度為單個原子或者少數(shù)幾個原子的材料，一般厚度僅僅是一張A4紙的百萬分之一。

二維材料的核心特征：

一、定義與結(jié)構(gòu)特征

?原子級厚度?：在三維空間中僅有一個維度處于納米尺度（約0.7–2納米），另兩個維度為微米級或更大，形成“片狀”結(jié)構(gòu)，厚度約為頭發(fā)絲直徑的二十萬分之一。

?電子限域效應(yīng)?：電子只能在二維平面內(nèi)自由運動，導(dǎo)致其展現(xiàn)出區(qū)別于三維材料的獨特物理、化學(xué)性質(zhì)。

二、典型類型與代表材料

?石墨烯?：首個被發(fā)現(xiàn)的二維材料，由單層碳原子組成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，具有超高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和機(jī)械強度。

?過渡金屬二硫化物（TMDs）?：如二硫化鉬（MoS?）、二硫化鎢（WS?），具備直接帶隙特性，適用于光電器件。

?二維金屬?：如單原子層金片（Goldene）、鉍、錫等，突破傳統(tǒng)金屬無法形成二維結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，兼具高導(dǎo)電性與透明性。

?其他材料?：六方氮化硼（h-BN）、黑磷（BP）、MXene等。

三、獨特性質(zhì)

?物理性能?：

超高比表面積，增強表面反應(yīng)活性；

優(yōu)異的機(jī)械柔韌性和強度（如石墨烯強度是鋼的200倍）；

高電子遷移率，減少載流子散射。

?功能特性?：

可調(diào)帶隙（如TMDs）、量子效應(yīng)；

高透光率（＞97%）、高導(dǎo)熱性。

四、制備方法

?自上而下法?：通過機(jī)械剝離、液相剝離等技術(shù)從塊體材料中分離單層（如石墨烯）。

?自下而上法?：

化學(xué)氣相沉積（CVD）在基底上直接生長；

范德華擠壓技術(shù)：熔化金屬后以二維材料（如MoS?）為“壓砧”擠壓成原子層；

外延生長（如“低對齊法”在非晶基底上制備單晶TMDs）。

五、應(yīng)用前景

?電子器件?：超薄晶體管、低功耗芯片、柔性屏幕；

?復(fù)合材料?：碳化硅-金剛石復(fù)合材料提升耐磨耐腐蝕性；

?能源與催化?：高效電池電極、光催化劑；

?量子技術(shù)?：利用量子效應(yīng)開發(fā)新型傳感器和計算單元。

二維材料通過突破三維材料的物理限制，為納米科技、電子信息、能源存儲等領(lǐng)域帶來革命性突破，被視為“材料科學(xué)的新紀(jì)元”。