韓拯：奮楫爭先的“追光人”

文｜李煉

目前世界上鰭片最薄的鰭式晶體管是中國制造，而它到底有多薄呢？鰭片寬度只有0.6 納米，相當(dāng)于3 個原子的厚度。這項(xiàng)成果屬于山西大學(xué)光電研究所教授、博士生導(dǎo)師韓拯，2020 年底，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員與湖南大學(xué)、中國科學(xué)院金屬研究所等合作，最終成功制備出了世界上最薄的鰭式場效應(yīng)晶體管。

關(guān)于“薄”的研究，就是韓拯的科研探索。作為一名“85 后”科研工作者，韓拯研究的，是盡可能找到二維世界里尺寸非常小的最薄功能材料，堆積成自然界中沒有的新結(jié)構(gòu)，探索其新奇有趣的物理性質(zhì)，再利用這些物理現(xiàn)象來組裝制造納米尺度下的小型電子器件來服務(wù)于未來的應(yīng)用。多年來，每一次突破都是韓拯“追光之旅”的成果。

一路高光是他“追光之旅”的名片

韓拯是江蘇揚(yáng)州人，本科考入吉林大學(xué)物理學(xué)院，開始核物理專業(yè)學(xué)習(xí)。之后考入中國科學(xué)院金屬研究所材料學(xué)碩士專業(yè)。2010年，他在法國攻讀納米電子學(xué)與納米科技博士學(xué)位，導(dǎo)師對于他的評價(jià)是：“充滿創(chuàng)新活力。”

此后，韓拯作為博士后在美國哥倫比亞大學(xué)物理系開展超高遷移率石墨烯-氮化硼異質(zhì)結(jié)構(gòu)的低溫磁電性能方面的研究工作。2015年10月博士后出站后，韓拯開展新型人工納米器件的量子輸運(yùn)調(diào)控研究，這一研究領(lǐng)域涉及材料、電子、物理等基礎(chǔ)研究學(xué)科，國際競爭激烈。

在韓拯回國研究期間，他多次與山西大學(xué)光電研究所的老師們進(jìn)行密切的科研合作，在合作中了解到山西大學(xué)光電研究所扎實(shí)的學(xué)風(fēng)和濃厚的科技底蘊(yùn)。2020年，他應(yīng)邀出任山西大學(xué)光電研究所教授、博士生導(dǎo)師。

韓拯

“科研是一個不斷挑戰(zhàn)未知領(lǐng)域、努力創(chuàng)新的過程。科技教育則是在前人基礎(chǔ)上使青年學(xué)子們了解已知領(lǐng)域，并熱愛上挑戰(zhàn)未知領(lǐng)域的過程。”韓拯坦言，在山西省大力推進(jìn)科技創(chuàng)新的大背景下，在彭堃墀院士創(chuàng)建的山西大學(xué)光電研究所這個平臺上，青年科技工作者的發(fā)展空間十分廣闊。入職山西大學(xué)3年來，韓拯的科研成果多次入選科技領(lǐng)域重要進(jìn)展，同時在山西大學(xué)光電研究所聚集了一支優(yōu)秀青年科學(xué)家隊(duì)伍。

一路拼搏是他“追光之旅”的姿態(tài)

追光之路縱崎嶇，越是艱險(xiǎn)越向前。“科技工作者就是要和未知與創(chuàng)新打交道，發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象、探索新的規(guī)律，以進(jìn)一步指導(dǎo)實(shí)踐。”在韓拯看來，目前最關(guān)鍵的實(shí)踐，就是要提高原創(chuàng)科研實(shí)力，解決納米電子學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)難題和背后的知識積累。

放眼全球，納米電子學(xué)領(lǐng)域在環(huán)境、生物、國防安全、能源、微電子等各大領(lǐng)域應(yīng)用前景都頗為廣泛。“例如可以用在能源領(lǐng)域，比如超級電容，因?yàn)樗拿娣e非常大，質(zhì)量卻非常小。”韓拯所聚焦的領(lǐng)域是納米微電子。“我和團(tuán)隊(duì)主要研究功能材料在尺寸非常非常小的時候，有哪些有趣的物理性質(zhì)和新奇的物理行為，并進(jìn)一步利用這些有趣的物理現(xiàn)象來組裝制造成納米尺度下的小型電子器件，以實(shí)現(xiàn)新原理、新架構(gòu)和未來潛在的應(yīng)用。”韓拯說。

在研究中，韓拯和團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了二維電子世界里的一條“交通新規(guī)”，并發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》。“在電子的世界里，外電場扮演起了對電子傳輸進(jìn)行‘交通管制’的角色。”韓拯的這一研究，讓二維極限下碲化鎵納米電子器件展示出了門電壓可調(diào)的、面內(nèi)巨各向異性電阻效應(yīng)，為實(shí)現(xiàn)新型的邏輯運(yùn)算和存儲單元提供了新思路。

助推山西是他“追光之旅”的心愿

為提高原創(chuàng)科研實(shí)力，韓拯以山西轉(zhuǎn)型發(fā)展為導(dǎo)向，牽頭創(chuàng)建了山西大學(xué)“先進(jìn)納米結(jié)構(gòu)加工與多場耦合表征”平臺，瞄準(zhǔn)新原理電子器件、新奇物理特性調(diào)控兩個方向，實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)突破，力爭解決光電信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)難題。

目前，平臺已經(jīng)取得一系列原創(chuàng)科研成果。例如，韓拯團(tuán)隊(duì)和國內(nèi)外合作者利用該科研平臺，實(shí)現(xiàn)了一種界面電荷序調(diào)控量子電子態(tài)的新方法，將液氮溫度實(shí)現(xiàn)量子霍爾效應(yīng)所需要的磁場降低了一個數(shù)量級，使量子化電導(dǎo)邊界態(tài)在諸如拓?fù)涑瑢?dǎo)、量子霍爾法珀干涉等未來電子學(xué)應(yīng)用方面邁出了關(guān)鍵一步。該成果發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然·納米技術(shù)》。

該平臺的創(chuàng)建將不斷增強(qiáng)山西省在微電子技術(shù)、微納加工制造領(lǐng)域的原創(chuàng)實(shí)力，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)量子材料的綜合表征、極端條件測試、未來低維光電子器件、柔性可穿戴芯片、新原理納電子器件與傳感器等相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)打下基礎(chǔ)。

奮楫爭先，創(chuàng)新不止。“山西科技市場正在蓬勃發(fā)展，全省正在大力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和科技創(chuàng)新，但相比沿海發(fā)達(dá)地區(qū)而言，還需要進(jìn)一步提高科技對經(jīng)濟(jì)的支撐作用。”韓拯希望，可以和團(tuán)隊(duì)一起在未來的5～10年內(nèi)，解決微納加工的新工藝難題，完成一系列具有新功能的原理樣機(jī)并努力進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，為山西半導(dǎo)體、微納電子等高科技領(lǐng)域的發(fā)展提供助力，助推全省原創(chuàng)科研實(shí)力提升。