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來源｜北京大學(xué)

3月22日晚間，北京大學(xué)三項(xiàng)成果同時(shí)于Nature在線發(fā)表。這三篇成果分別為：肖俊宇課題組的《FcμR受體對免疫球蛋白IgM的識(shí)別》、彭海琳課題組的《外延高κ柵氧化物集成型二維鰭式晶體管》、彭練矛-邱晨光課題組的《二維硒化銦彈道晶體管》。

1、肖俊宇課題組闡明免疫球蛋白IgM被特異性受體FcμR識(shí)別的分子機(jī)制

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。

肖俊宇課題組的最新成果《FcμR受體對免疫球蛋白IgM的識(shí)別》（“Immunoglobulin Mperception by FcμR”），揭示了FcμR識(shí)別不同形式IgM的分子機(jī)制。這是繼2020年肖俊宇課題組在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

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

肖俊宇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2019級博士生沈皓、前沿交叉學(xué)科研究院2019級博士生張瑞雪為該論文的共同第一作者。

肖俊宇，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院長聘副教授。1998年以692分的成績獲東北三省理科狀元，考入北大。2002年獲北京大學(xué)理學(xué)學(xué)士學(xué)位，2008年獲密歇根大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位；2009-2011，博士后，加州大學(xué)圣地亞哥分校（導(dǎo)師：Jack Dixon）；2011-2013，項(xiàng)目科學(xué)家，加州大學(xué)圣地亞哥分校；2014年任職北京大學(xué)。作為通訊作者，曾在Science、Cell等頂級期刊發(fā)表多篇論文。

2、彭海琳課題組報(bào)道首例外延高κ柵介質(zhì)集成型二維鰭式晶體管

本研究報(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）。

研究成果Nature截圖

高κ柵氧化物集成型二維鰭式晶體管（2D FinFET）示意圖

彭海琳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)。彭海琳課題組獨(dú)辟蹊徑，建立了絕緣基底上晶圓級二維半導(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。

彭海琳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。

彭海琳，北京大學(xué)博雅特聘教授、國家杰出青年基金獲得者。從事材料物理化學(xué)與納米器件研究，發(fā)展了高遷移率二維材料(石墨烯、拓?fù)浣^緣體、金屬氧硫族材料)的制備科學(xué)及器件應(yīng)用研究。

發(fā)表SCI論文200余篇（含Science和Nature子刊20余篇），被引用逾20000次，連續(xù)入選“科睿唯安”高被引學(xué)者榜單。授權(quán)專利50余項(xiàng)和申請專利50余項(xiàng)，撰寫中文專著兩部。近年來在國際及雙邊重要學(xué)術(shù)會(huì)議上做邀請報(bào)告60余次，籌劃和組織國際和雙邊會(huì)議10余次。2011年入選教育部新世紀(jì)人才支持計(jì)劃，2012年獲國家首批優(yōu)秀青年基金，獲2015年國家杰出青年科學(xué)基金、2017年Small青年科學(xué)家創(chuàng)新獎(jiǎng)、2017年MRS Singapore ICON-2DMAT Young Scientist Award、2017年第二十屆茅以升北京青年科技獎(jiǎng)、2017年國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)、2018年教育部青年科學(xué)獎(jiǎng)、2018年科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、2021年獲“科學(xué)探索獎(jiǎng)”。

現(xiàn)任北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院副院長，兼任北京石墨烯研究院副院長、九三學(xué)社北京大學(xué)三支社主委、九三學(xué)社北京市委科技委副主任、北京市第十一屆青聯(lián)委員、中國化學(xué)會(huì)納米化學(xué)專業(yè)委員會(huì)委員、《科學(xué)通報(bào)》和《npj 2D Materials and Applications》《Applied Materials Today》《Advanced Materials Interfaces》等編委或顧問編委。

3、彭練矛-邱晨光課題組研制出速度超越硅極限的二維晶體管

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。

彭練矛-邱晨光課題組制備了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。

研究成果Nature截圖

這項(xiàng)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；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。

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，彭練矛和邱晨光為共同通訊作者，北京大學(xué)電子學(xué)院為論文唯一單位。

邱晨光，2011年于西安電子科技大學(xué)取得微電子專業(yè)學(xué)士學(xué)位，2016年于北京大學(xué)取得物理電子學(xué)專業(yè)博士學(xué)位，2016-2019年在北京大學(xué)電子學(xué)系從事博士后研究，并入選“博雅博士后”， 2019年全職加入北京大學(xué)電子學(xué)系任研究員。主持國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)、自然科學(xué)基金委“優(yōu)秀青年科學(xué)基金”、中國科協(xié)“青年人才托舉工程”等項(xiàng)目。

從事納米電子器件方面的研究近十年，在Science，Nature Electronics, ACS Nano，Nano Letters, IEDM等頂級國際期刊和會(huì)議上發(fā)表論文，其中第一作者在Science上發(fā)表論文兩篇，所包括的“5納米柵長碳納米管晶體管”的Science論文入選ESI高被引用論文和熱點(diǎn)論文，并且該工作入選2017年的中國高校十大科技進(jìn)展，該論文入選2017年中國前100篇國際上高影響力論文。此外，在2018年的一作Science論文上率先在國際上提出并實(shí)現(xiàn)了狄拉克冷源晶體管，使得亞60低功耗器件領(lǐng)域增加了又一新成員。

彭練矛，1962年9月生，漢族，湖南省平江縣人。1982年畢業(yè)于北京大學(xué)無線電電子學(xué)系，獲學(xué)士學(xué)位；1988年畢業(yè)于亞利桑那州立大學(xué)，獲博士學(xué)位。1988年5-12月任奧斯陸大學(xué)客座科學(xué)家；1989年1月-1994年12月任牛津大學(xué)研究助理、Glasstone研究員；1994年12月-1999年4月任中國科學(xué)院物理研究所研究員。1994年獲首批國家杰出青年科學(xué)基金資助，2019年11月當(dāng)選為中國科學(xué)院技術(shù)科學(xué)部院士。

長期從事碳基電子學(xué)領(lǐng)域的研究，做出一系列基礎(chǔ)性和開拓性貢獻(xiàn)。四次擔(dān)任國家“973計(jì)劃”、重大科學(xué)研究計(jì)劃和重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家。發(fā)展一整套碳納米管CMOS集成電路和光電器件的無摻雜制備新技術(shù)；首次實(shí)現(xiàn)5納米柵長碳管晶體管，證明器件在本征性能和功耗綜合指標(biāo)上相較最先進(jìn)的硅基器件具有約10倍的綜合優(yōu)勢，性能接近由量子測不準(zhǔn)原理決定的理論極限；制備新型超低功耗狄拉克源晶體管，為超低功耗納米電子學(xué)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，極大推進(jìn)了碳基集成電路的競爭力和實(shí)用化發(fā)展。在《科學(xué)》等期刊發(fā)表SCI論文400余篇。

相關(guān)成果獲國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)（2010和2016年）、高等學(xué)校科學(xué)研究優(yōu)秀成果獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)）自然科學(xué)一等獎(jiǎng)（2013年）、北京市科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)（2004年），入選中國科學(xué)十大進(jìn)展（2011年）、中國高等學(xué)校十大科技進(jìn)展（2000和2017年）、中國基礎(chǔ)科學(xué)研究十大新聞（2000年）。個(gè)人獲何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)（2018年）、全國創(chuàng)新爭先獎(jiǎng)（2017年）、推動(dòng)“北京創(chuàng)造”的十大科技人物（2015年）、全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文指導(dǎo)教師（2009年）、北京大學(xué)首屆十佳導(dǎo)師（2013年）等榮譽(yù)。

2000年當(dāng)選英國物理學(xué)會(huì)會(huì)士。現(xiàn)任中國真空學(xué)會(huì)副理事長、《應(yīng)用物理期刊》（Journal of Applied Physics）副主編、北京元芯碳基集成電路研究院院長等。?

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