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本文参加百家号《科学了不起》系列征文赛。越来越小，越来越紧凑，这是计算机芯片在工业推动下发展的方向。这就是为什么所谓的2-D材料被认为是最大的希望：它们是一种可能达到的最薄的材料，在极端情况下，它们只由一个单层原子组成。这使得生产具有微小尺寸、高速和最佳效率的新型电子元件成为可能。然而，有一个问题：电子元件总是由一种以上的材料组成。只有当二维材料能够与合适的材料体系，如特殊的绝缘晶体，结合在一起时，二维材料才能得到有效利用。如果不考虑这一点，2-D材料所能提供的优势就会失效。来自维也纳理工大学（TUWien）电气工程学院的一个团队现在将这些发现发表在《NatureCommunications》杂志上。今天的半导体工业主要是以硅和氧化硅为基础的，维也纳理工大学微电子研究所的TiborGrasser教授说。这些都是具有非常好的电子性能的材料。长期以来，越来越薄的这些材料层被用来实现电子元件的小型化。这在很长一段时间内效果很好，但在某些时候，我们会达到一个自然的极限。当硅层只有几纳米厚，以至于它只由几个原子层组成时，那么材料的电子性能就会非常明显地恶化。材料的表面与材料的体积表现不同，如果整个物体实际上只由表面组成，根本不再有体积，那么它的材料特性就会完全不同。因此，要想制造出超薄的电子元件，就必须改用其他材料。而这正是所谓的二维材料的作用所在：它们将优异的电子性能与最小的厚度结合在一起。然而事实证明，这些二维材料只是故事的前半部分，TiborGrasser说。材料必须放置在合适的基底上，在它上面还需要一个绝缘体层，这个绝缘体也必须非常薄，而且质量非常好，否则你从2-D材料中什么也没有得到。这就好比在泥泞的地面上开着一辆法拉利，却不知道为什么没有创造速度记录。因此，TUWien的一个团队围绕TiborGrasser和YuryIllarionov分析了如何解决这个问题。通常在工业上用作绝缘体的二氧化硅，在这种情况下并不适合，TiborGrasser说。它的表面非常无序，有许多自由的不饱和键，会干扰二维材料中的电子特性。最好是寻找一个有序的结构。研究小组已经用氟化物一类特殊的晶体取得了卓越的成果。一个采用氟化钙绝缘体的晶体管原型已经提供了令人信服的数据，其他材料还在分析中。目前新的二维材料正在被发现。这很好，但我们想用我们的结果表明，仅此还不够。TiborGrasser说。这些新的半导体二维材料还必须与新型绝缘体相结合。只有这样，我们才能真正成功地生产出新一代高效、强大的微型电子元件。论文标题为《Insulatorsfor2Dnanoelectronics:thegaptobridge》。

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