2024年1月2日（周二）19:30-21:00，南京大学校友终身学习辅助计划“诚计划”第83期《神奇的“原子乐高”》在南京大学“暾学堂”开讲。本次邀请到的主讲嘉宾为南京大学教授、博士生导师缪峰。缪峰教授是南京大学类脑智能科技研究中心主任，人力资源处副处长（主持工作）,党委教师工作部副部长（主持工作）,江苏“海智”专家联合会信息科学委员会副主任，曾任南京大学物理学院副院长。国家杰出青年科学基金获得者（2016)，中国物理学会“黄昆物理奖”获得者（2020-2021),“百千万人才工程”国家级人才入选者，科睿唯安“全球高被引学者”，爱思唯尔“中国高被引学者”。
在过去半个世纪里，半导体产业一直遵循着“摩尔定律”的神奇预测，获得了指数级的发展，也很大程度上改变了人类的生活方式。这样飞速发展的背后是半导体工业界和学术界对半导体元件最小化的不懈追求。然而，进入到“后摩尔时代”，二维材料作为一种重要的量子材料，为人类创造新物质、发现新物理提供了一条新的思路。
在本次讲座中，缪峰教授首先从“摩尔定律”入手，用上世纪80年代的“便携式电脑”和今天的智能手机进行对比，直观地展示了“摩尔定律”下人类不断追求电子器件最小化的极限，以及由此所带来的便利。但是，随着以硅为代表的传统半导体的发展趋于理论上的极限，人类社会已经进入了挑战与机遇并存的“后摩尔时代”。除了继续追求电子学最小化的极限与器件功能的多样化，对于新材料的探索也至关重要。
缪教授通过梳理科学界探索和获取 “石墨烯”这种二维材料的历程，包括他亲自参与过的研磨法、爆米花法等，以播放短片的形式，生动地向观众演示了“石墨烯”最终被成功制备的方法。
借助“石墨烯”，缪教授向观众们介绍了二维材料家族。二维材料作为一种非常重要的量子材料，具有原子级的尺寸和有别于传统三维体块材料的全新物理性质，而且对外界刺激响应灵敏，使得对其性质进行调控成为可能。更为有趣的是，二维材料具有非常好的垂直扩展性，这让研究人员可以像“搭乐高”一样，在原子世界里，将性质迥异的多种二维材料按照不同的顺序进行堆垛，制造出自然界并不存在的新型结构材料。
上图为缪峰教授介绍“原子乐高”创造新型结构材料的示例
在讲座中，缪教授展示了他的团队自主开发聚合物基“精准定位-转移-堆垛”三步法工艺，可以在平面角度实现精度<0.01°，在垂直间距上实现原子级精度的多原子层结构精准调控。在十多年的工艺探索中，已经形成了超过100种的“原子乐高”结构库。其中展示的一种六层原子结构材料引发了直播间观众们的极大好奇。
上图为缪峰教授团队自主研发的“原子乐高”堆垛工艺
在讲座的第二部分，缪教授通过介绍他的团队的一个科研故事——耐高温忆阻器的研发历程，向观众们展示了“原子乐高”电子学的应用场景。
缪教授团队的研究目标是将忆阻器中间不容易导电的材料换成另外一种叫做二硫化钼的新材料，希望能让忆阻器的性能变得更好。然而实际做出来的忆阻器的性能却非常地糟糕，只工作几次后就失效。通过不断反复的观察、实验、调试，团队制成了新的器件结构，可以把存储器的擦写次数上限提升到千万量级！而此后一次实验样品加热温度设置的意外失误，更是发现了新器件的耐高温特性。最终实验表明新型结构器件在340℃的高温下仍然能够正常地工作，打破了忆阻器的工作温度记录。团队的工作成果发表在了国际电子学顶级期刊nature electronics上，同时还申请了美国专利和中国专利。
上图为缪峰教授团队发表在顶级期刊的关于耐高温忆阻器的论文
最后，缪教授介绍了基于忆阻器开发的类脑智能技术。类脑智能技术是一种通过模拟大脑的感知、运算、控制等运行方式的智能技术，具有类似大脑功耗低、通用性强等特点。缪教授提到，研究团队将忆阻器组成的网络放到智能小车中，用于模拟小车的信息处理中枢，利用安装在小车前面的光电探测器把环境信息传给信息处理中枢系统，最终可以实现智能小车的循迹、避障、光学识别、声学感知、抗干扰等特性，引得直播间的观众们啧啧称奇。
上图为缪峰教授团队研发的类脑智能技术应用于智能小车识别光信号
主题讲座结束后，缪峰教授针对直播间观众朋友们的提问进行了详细解答，解释了项目团队研究六层原子结构的过程和实现的特性，提出了他对于“原子乐高”二维材料技术的应用前景的期待，并向直播间的科研人才介绍了自己回到南京大学科研报国的亲身经历。
在挑战与机遇并存的“后摩尔时代”，人类可以利用“原子乐高”二维材料来研究和制造各种各样的新型结构材料。科研工作者们将会不断挖掘和拓展新型结构材料的特性，也将不断地利用科技来丰富人类的生活。
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供稿：傅欣