重磅！北大院士、杰青、优青、理科状元，同日发3篇Nature！

来源｜北京大学

3月22日晚间，北京大学三项成果同时于Nature在线发表。这三篇成果分别为：肖俊宇课题组的《FcμR受体对免疫球蛋白IgM的识别》、彭海琳课题组的《外延高κ栅氧化物集成型二维鳍式晶体管》、彭练矛-邱晨光课题组的《二维硒化铟弹道晶体管》。

1、肖俊宇课题组阐明免疫球蛋白IgM被特异性受体FcμR识别的分子机制

IgM是人体内五类免疫球蛋白之一，主要由脾脏和淋巴结中浆细胞分泌合成，具有强大的杀菌、激活补体、免疫调理和凝集作用，在免疫应答早期阶段发挥重要功能。FcμR（也称为Toso或Faim3）是哺乳动物中唯一的IgM特异性受体，它可以与不同形式的IgM（包括膜结合型IgM单体、血清中的IgM五聚体和六聚体以及分泌型IgM）结合，从而参与B细胞发育、免疫系统稳态调控和抗原呈递等过程。在慢性淋巴细胞白血病患者中，B细胞表面FcμR的高表达也体现了其在免疫系统和疾病发生中的重要性。但在过去，FcμR发挥功能的分子机制尚不明确。

肖俊宇课题组的最新成果《FcμR受体对免疫球蛋白IgM的识别》（“Immunoglobulin Mperception by FcμR”），揭示了FcμR识别不同形式IgM的分子机制。这是继2020年肖俊宇课题组在Science杂志发表论文阐明IgM五聚体组装和黏膜转运的分子机制之后的又一重大突破。

为了探究FcμR对不同形式IgM的识别机制，该研究首先重组表达了FcμR-D1结构域和IgM-Cμ4结构域的复合体，并解析了其晶体结构。接着，该研究进一步利用冷冻电镜技术解析了IgM五聚体核心区和FcμR胞外域组成的复合体结构。进一步地，该研究利用冷冻电镜技术解析了FcμR与分泌型IgM核心区形成的复合物结构。

为了评估上述研究的功能相关性，该研究又设计了FcμR突变体，并通过体外蛋白互作、荧光共聚焦显微镜、流式细胞术等手段对上述结果进行了验证。总之，该研究通过结构生物学、生物化学和细胞生物学等手段揭示了FcμR特异性感知不同形式IgM的分子机制，为深入理解IgM的生物学功能奠定了基础。

研究成果Nature截图

FcμR受体对膜结合型 IgM、IgM五聚体和分泌型IgM的识别模型

肖俊宇为该论文的通讯作者。北京大学已出站博士后李雅鑫、生命科学学院2019级博士生沈皓、前沿交叉学科研究院2019级博士生张瑞雪为该论文的共同第一作者。

肖俊宇，北京大学生命科学学院长聘副教授。1998年以692分的成绩获东北三省理科状元，考入北大。2002年获北京大学理学学士学位，2008年获密歇根大学理学博士学位；2009-2011，博士后，加州大学圣地亚哥分校（导师：Jack Dixon）；2011-2013，项目科学家，加州大学圣地亚哥分校；2014年任职北京大学。作为通讯作者，曾在Science、Cell等顶级期刊发表多篇论文。

2、彭海琳课题组报道首例外延高κ栅介质集成型二维鳍式晶体管

本研究报道了世界首例二维半导体鳍片/高κ栅氧化物异质结阵列的外延生长及其三维架构的集成制备，并研制了高性能二维鳍式场效应晶体管（2D FinFET）。

研究成果Nature截图

高κ栅氧化物集成型二维鳍式晶体管（2D FinFET）示意图

彭海琳课题组长期从事二维材料物理化学与表界面调控研究，致力于解决具有挑战性的国际前沿科学问题。近期，他们致力于将高迁移率二维半导体与高κ栅介质精准集成并极限微缩成三维新架构。彭海琳课题组独辟蹊径，建立了绝缘基底上晶圆级二维半导体Bi₂O₂Se垂直鳍片阵列的外延生长方法。同时，利用可控氧化方法，实现了二维Bi₂O₂Se鳍片/高κ自氧化物Bi₂SeO₅异质结的外延集成。新型二维半导体沟道/外延集成高κ栅介质基二维鳍式晶体管在迁移率（270cm²/Vs）、关态电流（1 pA/μm）和电流开关比（10⁸）等性能满足业界高性能低功耗器件要求；在开态电流密度方面，相对于商用硅、锗及二维过渡金属硫化物（TMD）等材料，Bi₂O₂Se/Bi₂SeO₅二维鳍式晶体管也展现出电子学上的优势和潜力。

彭海琳是该论文工作的通讯作者，北京大学化学与分子工程学院BMS Fellow博士后谭聪伟，博士研究生于梦诗、唐浚川、高啸寅是共同第一作者。生长理论计算和形貌表征方面的主要合作者还包括韩国蔚山国立科技研究院丁峰教授、清华大学物理系姜开利教授等。

彭海琳，北京大学博雅特聘教授、国家杰出青年基金获得者。从事材料物理化学与纳米器件研究，发展了高迁移率二维材料(石墨烯、拓扑绝缘体、金属氧硫族材料)的制备科学及器件应用研究。

发表SCI论文200余篇（含Science和Nature子刊20余篇），被引用逾20000次，连续入选“科睿唯安”高被引学者榜单。授权专利50余项和申请专利50余项，撰写中文专著两部。近年来在国际及双边重要学术会议上做邀请报告60余次，筹划和组织国际和双边会议10余次。2011年入选教育部新世纪人才支持计划，2012年获国家首批优秀青年基金，获2015年国家杰出青年科学基金、2017年Small青年科学家创新奖、2017年MRS Singapore ICON-2DMAT Young Scientist Award、2017年第二十届茅以升北京青年科技奖、2017年国家自然科学二等奖、2018年教育部青年科学奖、2018年科技部中青年科技创新领军人才、2021年获“科学探索奖”。

现任北京大学化学与分子工程学院副院长，兼任北京石墨烯研究院副院长、九三学社北京大学三支社主委、九三学社北京市委科技委副主任、北京市第十一届青联委员、中国化学会纳米化学专业委员会委员、《科学通报》和《npj 2D Materials and Applications》《Applied Materials Today》《Advanced Materials Interfaces》等编委或顾问编委。

3、彭练矛-邱晨光课题组研制出速度超越硅极限的二维晶体管

芯片为大数据和人工智能的发展提供源源不断的动力，芯片速度的提升得益于晶体管的微缩，然而，当前传统硅基场效应晶体管的性能逐渐接近其本征物理极限。迄今为止，所有二维晶体管所实现的性能均不能媲美业界先进硅基晶体管，其实验结果远落后于理论预测。

彭练矛-邱晨光课题组制备了10纳米超短沟道弹道二维硒化铟晶体管，成为世界上迄今速度最快能耗最低的二维半导体晶体管。

研究成果Nature截图

这项工作实现了三方面技术革新：首先，采用高载流子热速度（更小有效质量）的三层硒化铟作沟道，实现了目前场效应晶体管的最高值；第二，解决了二维材料表面生长超薄氧化层的难题，制备出2.6纳米超薄双栅氧化铪，将器件跨导提升到6毫西·微米，超过所有二维器件一个数量级；最后，开创了掺杂诱导二维相变技术，克服了二维器件领域金半接触的国际难题，将总电阻刷新至124欧姆·微米。

这项工作突破了长期以来阻碍二维电子学发展的关键科学瓶颈，将n型二维半导体晶体管的性能首次推近理论极限，率先在实验上证明出二维器件性能和功耗上优于先进硅基技术，为推动二维半导体技术的发展注入了强有力的信心和活力。

展望：更快更省电的低维半导体芯片

电子学院博士生姜建峰与徐琳博士为并列第一作者，彭练矛和邱晨光为共同通讯作者，北京大学电子学院为论文唯一单位。

邱晨光，2011年于西安电子科技大学取得微电子专业学士学位，2016年于北京大学取得物理电子学专业博士学位，2016-2019年在北京大学电子学系从事博士后研究，并入选“博雅博士后”， 2019年全职加入北京大学电子学系任研究员。主持国家重点研发计划重点专项、自然科学基金委“优秀青年科学基金”、中国科协“青年人才托举工程”等项目。

从事纳米电子器件方面的研究近十年，在Science，Nature Electronics, ACS Nano，Nano Letters, IEDM等顶级国际期刊和会议上发表论文，其中第一作者在Science上发表论文两篇，所包括的“5纳米栅长碳纳米管晶体管”的Science论文入选ESI高被引用论文和热点论文，并且该工作入选2017年的中国高校十大科技进展，该论文入选2017年中国前100篇国际上高影响力论文。此外，在2018年的一作Science论文上率先在国际上提出并实现了狄拉克冷源晶体管，使得亚60低功耗器件领域增加了又一新成员。

彭练矛，1962年9月生，汉族，湖南省平江县人。1982年毕业于北京大学无线电电子学系，获学士学位；1988年毕业于亚利桑那州立大学，获博士学位。1988年5-12月任奥斯陆大学客座科学家；1989年1月-1994年12月任牛津大学研究助理、Glasstone研究员；1994年12月-1999年4月任中国科学院物理研究所研究员。1994年获首批国家杰出青年科学基金资助，2019年11月当选为中国科学院技术科学部院士。

长期从事碳基电子学领域的研究，做出一系列基础性和开拓性贡献。四次担任国家“973计划”、重大科学研究计划和重点研发计划项目首席科学家。发展一整套碳纳米管CMOS集成电路和光电器件的无掺杂制备新技术；首次实现5纳米栅长碳管晶体管，证明器件在本征性能和功耗综合指标上相较最先进的硅基器件具有约10倍的综合优势，性能接近由量子测不准原理决定的理论极限；制备新型超低功耗狄拉克源晶体管，为超低功耗纳米电子学的发展奠定基础，极大推进了碳基集成电路的竞争力和实用化发展。在《科学》等期刊发表SCI论文400余篇。

相关成果获国家自然科学二等奖（2010和2016年）、高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）自然科学一等奖（2013年）、北京市科学技术一等奖（2004年），入选中国科学十大进展（2011年）、中国高等学校十大科技进展（2000和2017年）、中国基础科学研究十大新闻（2000年）。个人获何梁何利基金科学与技术进步奖（2018年）、全国创新争先奖（2017年）、推动“北京创造”的十大科技人物（2015年）、全国优秀博士学位论文指导教师（2009年）、北京大学首届十佳导师（2013年）等荣誉。

2000年当选英国物理学会会士。现任中国真空学会副理事长、《应用物理期刊》（Journal of Applied Physics）副主编、北京元芯碳基集成电路研究院院长等。‍

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重磅！北大院士、杰青、优青、理科状元，同日发3篇Nature！

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