世界熱消息：北大在Nature上演“帽子戲法”！

3月22日晚間，Nature官網(wǎng)發(fā)布多篇論文

北京大學(xué)三項(xiàng)成果同時(shí)在線發(fā)表

上演“帽子戲法”

生命科學(xué)學(xué)院肖俊宇研究員研究組

發(fā)表成果

《FcμR受體對(duì)免疫球蛋白IgM的識(shí)別》

化學(xué)與分子工程學(xué)院彭海琳教授課題組

發(fā)表成果

《外延高κ柵氧化物集成型二維鰭式晶體管》

電子學(xué)院彭練矛教授-邱晨光研究員課題組

發(fā)表成果

《二維硒化銦彈道晶體管》

揭示，突破！

肖俊宇研究組通過結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物化學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等手段揭示了FcμR特異性感知不同形式IgM的分子機(jī)制，為深入理解IgM的生物學(xué)功能奠定了基礎(chǔ)。

IgM是人體內(nèi)五類免疫球蛋白之一，主要由脾臟和淋巴結(jié)中漿細(xì)胞分泌合成，具有強(qiáng)大的殺菌、激活補(bǔ)體、免疫調(diào)理和凝集作用，在免疫應(yīng)答早期階段發(fā)揮重要功能。FcμR（也稱為Toso或Faim3）是哺乳動(dòng)物中唯一的IgM特異性受體，它可以與不同形式的IgM（包括膜結(jié)合型IgM單體、血清中的IgM五聚體和六聚體以及分泌型IgM）結(jié)合，從而參與B細(xì)胞發(fā)育、免疫系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)調(diào)控和抗原呈遞等過程。在慢性淋巴細(xì)胞白血病患者中，B細(xì)胞表面FcμR的高表達(dá)也體現(xiàn)了其在免疫系統(tǒng)和疾病發(fā)生中的重要性。但在過去，F(xiàn)cμR發(fā)揮功能的分子機(jī)制尚不明確。

肖俊宇研究組的最新成果《FcμR受體對(duì)免疫球蛋白IgM的識(shí)別》（Immunoglobulin M perception by FcμR）于3月22日在線發(fā)表于Nature，揭示了FcμR識(shí)別不同形式IgM的分子機(jī)制。這是繼2020年肖俊宇研究組在Science雜志發(fā)表論文闡明IgM五聚體組裝和黏膜轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制之后的又一重大突破。

為了探究FcμR對(duì)不同形式IgM的識(shí)別機(jī)制，該研究首先重組表達(dá)了FcμR-D1結(jié)構(gòu)域和IgM-Cμ4結(jié)構(gòu)域的復(fù)合體，并解析了其晶體結(jié)構(gòu)。接著，該研究進(jìn)一步利用冷凍電鏡技術(shù)解析了IgM五聚體核心區(qū)和FcμR胞外域組成的復(fù)合體結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，該研究利用冷凍電鏡技術(shù)解析了FcμR與分泌型IgM核心區(qū)形成的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。為了評(píng)估上述研究的功能相關(guān)性，該研究又設(shè)計(jì)了FcμR突變體，并通過體外蛋白互作、熒光共聚焦顯微鏡、流式細(xì)胞術(shù)等手段對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。

總之，該研究通過結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物化學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等手段揭示了FcμR特異性感知不同形式IgM的分子機(jī)制，為深入理解IgM的生物學(xué)功能奠定了基礎(chǔ)。

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研究成果Nature截圖

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FcμR受體對(duì)膜結(jié)合型 IgM、IgM五聚體和分泌型IgM的識(shí)別模型

蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、北大清華生命科學(xué)聯(lián)合中心肖俊宇研究員為該論文的通訊作者。北京大學(xué)已出站博士后李雅鑫、生命科學(xué)學(xué)院19級(jí)博士生沈皓、前沿交叉學(xué)科研究院19級(jí)博士生張瑞雪為該論文的共同第一作者。本研究還得到了北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院啟東產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基金、昌平實(shí)驗(yàn)室、中國博士后科學(xué)基金（博新計(jì)劃）、北京大學(xué)博雅博士后項(xiàng)目的支持。

解決“老大難”的焦點(diǎn)問題

彭海琳課題組報(bào)道了全球首例外延高κ柵介質(zhì)集成型二維鰭式晶體管。這一原創(chuàng)性工作突破了后摩爾時(shí)代高速低功耗芯片的二維新材料精準(zhǔn)合成與新架構(gòu)集成瓶頸，為開發(fā)未來先進(jìn)芯片技術(shù)帶來了新的機(jī)遇。

近年來，我國“芯片荒”這一“老大難”問題屢屢成為焦點(diǎn)。為了讓“卡脖子”的手松一點(diǎn)，北大人一直在這條荊棘叢生的道路上砥礪前行，力求為我國集成電路技術(shù)的迭代升級(jí)事業(yè)添磚加瓦。2023年3月22日，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院彭海琳教授課題組在Nature在線發(fā)表題為《外延高κ柵氧化物集成型二維鰭式晶體管》（2D fin field-effect transistors integrated with epitaxial high-κ gate oxide）的研究論文。這一研究報(bào)道了世界首例二維半導(dǎo)體鰭片/高κ柵氧化物異質(zhì)結(jié)陣列的外延生長及其三維架構(gòu)的集成制備，并研制了高性能二維鰭式場效應(yīng)晶體管（2D FinFET）。

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研究成果Nature截圖

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高κ柵氧化物集成型二維鰭式晶體管（2D FinFET）示意圖

北京大學(xué)彭海琳教授課題組長期從事二維材料物理化學(xué)與表界面調(diào)控研究，致力于解決具有挑戰(zhàn)性的國際前沿科學(xué)問題。近期，他們致力于將高遷移率二維半導(dǎo)體與高κ柵介質(zhì)精準(zhǔn)集成并極限微縮成三維新架構(gòu)。彭海琳教授課題組獨(dú)辟蹊徑，建立了絕緣基底上晶圓級(jí)二維半導(dǎo)體Bi₂O₂Se垂直鰭片陣列的外延生長方法。同時(shí)，利用可控氧化方法，實(shí)現(xiàn)了二維Bi₂O₂Se鰭片/高κ自氧化物Bi₂SeO₅異質(zhì)結(jié)的外延集成。新型二維半導(dǎo)體溝道/外延集成高κ柵介質(zhì)基二維鰭式晶體管在遷移率（270cm²/Vs）、關(guān)態(tài)電流（1 pA/μm）和電流開關(guān)比（10⁸）等性能滿足業(yè)界高性能低功耗器件要求；在開態(tài)電流密度方面，相對(duì)于商用硅、鍺及二維過渡金屬硫化物（TMD）等材料，Bi₂O₂Se/Bi₂SeO₅二維鰭式晶體管也展現(xiàn)出電子學(xué)上的優(yōu)勢和潛力。

北京大學(xué)彭海琳教授是該論文工作的通訊作者，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院BMS Fellow博士后譚聰偉、博士研究生于夢詩、唐浚川、高嘯寅是共同第一作者。生長理論計(jì)算和形貌表征方面的主要合作者還包括韓國蔚山國立科技研究院丁峰教授、清華大學(xué)物理系姜開利教授等。該研究成果得到國家自然科學(xué)基金委、科技部、北京分子科學(xué)國家研究中心、騰訊基金會(huì)、北京大學(xué)博雅博士后、北京分子科學(xué)國家研究中心博士后項(xiàng)目等機(jī)構(gòu)和項(xiàng)目的資助，并得到了北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院的分子材料與納米加工實(shí)驗(yàn)室（MMNL）儀器平臺(tái)的支持。

迄今世界速度最快！

彭練矛教授-邱晨光研究員課題組首次使得二維晶體管實(shí)際性能超過Intel商用10納米節(jié)點(diǎn)的硅基Fin晶體管，并且將二維晶體管的工作電壓降到0.5V，這也是世界上迄今速度最快能耗最低的二維半導(dǎo)體晶體管。

芯片為大數(shù)據(jù)和人工智能的發(fā)展提供源源不斷的動(dòng)力，芯片速度的提升得益于晶體管的微縮，然而當(dāng)前傳統(tǒng)硅基場效應(yīng)晶體管的性能逐漸接近其本征物理極限。迄今為止，所有二維晶體管所實(shí)現(xiàn)的性能均不能媲美業(yè)界先進(jìn)硅基晶體管，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果遠(yuǎn)落后于理論預(yù)測。

近期，北京大學(xué)電子學(xué)院彭練矛教授-邱晨光研究員課題組制備了10納米超短溝道彈道二維硒化銦晶體管，成為世界上迄今速度最快能耗最低的二維半導(dǎo)體晶體管。該研究成果以《二維硒化銦彈道晶體管》（Ballistic two-dimensional InSe transistors）為題，3月22日在線發(fā)表于Nature.

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研究成果Nature截圖

本工作實(shí)現(xiàn)了三方面技術(shù)革新：首先，采用高載流子熱速度（更小有效質(zhì)量）的三層硒化銦作溝道，實(shí)現(xiàn)了目前場效應(yīng)晶體管的最高值；第二，解決了二維材料表面生長超薄氧化層的難題，制備出2.6納米超薄雙柵氧化鉿，將器件跨導(dǎo)提升到6毫西·微米，超過所有二維器件一個(gè)數(shù)量級(jí)；最后，開創(chuàng)了摻雜誘導(dǎo)二維相變技術(shù)，克服了二維器件領(lǐng)域金半接觸的國際難題，將總電阻刷新至124歐姆·微米。

這項(xiàng)工作突破了長期以來阻礙二維電子學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)瓶頸，將n型二維半導(dǎo)體晶體管的性能首次推近理論極限，率先在實(shí)驗(yàn)上證明出二維器件性能和功耗上優(yōu)于先進(jìn)硅基技術(shù)，為推動(dòng)二維半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展注入了強(qiáng)有力的信心和活力。

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展望：更快更省電的低維半導(dǎo)體芯片

電子學(xué)院博士生姜建峰與徐琳博士為并列第一作者，彭練矛教授和邱晨光研究員為共同通訊作者，北京大學(xué)電子學(xué)院為論文唯一單位。

每一篇文章的背后，都凝縮了團(tuán)隊(duì)每一位成員的心血，是數(shù)十名北大人歷經(jīng)無數(shù)失敗與徹夜難眠后，結(jié)出的那顆最耀眼的結(jié)晶。北大是常為新的。一篇篇研究成果即是一個(gè)個(gè)清晰見證，訴說著北大人推動(dòng)科學(xué)的發(fā)展、謀求人類的進(jìn)步的初心與使命。

未來，期待更多的“帽子戲法”接連上演。北大人在科研之路上將愈戰(zhàn)愈勇，常攀高峰！