【編者按】意昂3体育官网前沿交叉學科研究院是跨學科的研究平臺。研究院的基本任務是組織跨學科的學術交流、開展跨學科的科學研究和培養交叉學科的優秀人才🤼‍♂️。研究院以意昂3体育官网雄厚的基礎學科和先進的技術學科為基礎，組織聯合相關的研究力量🤾🏼‍♀️，建設具有良好學術交流環境、學科前沿性與學科交叉性相結合🦽🤵‍♀️、實體與虛體相結合的交叉學科研究平臺，為意昂3体育官网的交叉學科研究創造良好的學術氛圍和研究條件🔺。本網將陸續介紹一些相關的研究中心，以饗讀者。

當你流連於琳琅滿目的電子產品面前目不暇接之時👨🏽‍🍼👎🏼，可曾想過🎶，是什麽讓你的電腦、手機的更新速度越來越快？

1965年，在信息技術即將開始迎來幾十年高速發展的黃金時期的前夜，英特爾（Intel）創始人之一摩登•戈爾便提出了著名的摩爾定律🛂：當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數目👰🏿，約每隔18個月便會增加一倍🤽🏽，性能也將提升一倍。換言之，相同價格所能買到的電腦性能🚎，將實現每隔18個月翻一倍的跨越式提升🙁。幾十年來〰️，電子信息技術行業的蓬勃發展🫕🚴🏽‍♀️，一次次神奇地印證了這一規律。

今天，一根細小的頭發絲上就可以放置成千上萬個晶體管📷⚫️，相關的芯片和電路技術已經深入到納米級別的微觀層次，納米科技正在信息技術開拓新邊疆的前沿陣地中扮演越來越重要的角色，悄然引領著信息時代的又一次“革命”🕕。

納米科學與技術是研究物質在納米數量級的微觀結構、性質和應用的學科🤜🏿。特殊的研究對象、復合的觀測方法、廣泛的應用範圍，使得納米科技成為物理學🫲、化學、生物學👨🏿‍🔬、電子學、材料學💆🏽‍♂️、信息學等許多學科熱烈追捧的“寵兒”💘🧏🏿‍♂️，也對從事納米科技領域研究的學者在綜合知識和學術能力上提出了更高的要求。意昂3体育官网交叉學科研究院下的納米科學與技術研究中心（以下簡稱納米中心）成立於1997年9月27日，是我國第一個跨學科的納米科技聯合研究機構，涵蓋了物理學、化學、電子學、材料科學、微電子技術♠︎、計算機以及生物學等專業領域。經過十幾年的發展🌴，納米中心已成為國內納米科技研究的重要機構，所承擔各類納米科技相關項目逾百項，獲30多項授權發明專利💂🏻‍♂️。

在中心裏，一群來自不同學科背景的頂尖學者聚合在一起，共同探索著納米科技最前沿的難題和中國納米科技未來的發展道路。長江特聘教授彭練矛便是其中一位執著的“納米人”👨🏻‍🚀。他主攻納米電子領域，多年來在相關的學術研究和技術創新上取得了國際領先的突出成果🧘🏻‍♂️，創造了多個“中國第一”乃至“世界第一”。他在納米科學方面的工作2000年被列入“中國基礎科學研究十大新聞”第一條，由他帶領的研究團隊完成的研究成果“實現碳納米管的高效光伏倍增效應”位列國家科技部組織評選的2011年度中國科學十大進展之一🦹🏼‍♂️。

納米科技和電子學的結合

許多人對納米科技和電子技術交叉結合所體現的意義與價值不甚明了🤷‍♀️👩🏽‍🏭。從某種意義上說，一部現代計算機的發展史🧳，就是一部記錄了人類如何追求製備體積更小、速度更快、效率更高🤧💁🏽、能耗更低、價格更廉的電子元件的不斷超越自我的奮鬥史🤾🏼‍♂️。信息技術發展到今天👩🏼‍🦱，硬件的支撐越來越依靠納米科技通過專門的研究方法和觀測手段進行納米層次的器件組織和建構。

由於常規手段和技術的限製，芯片♓️、晶體管🚐、集成電路等器件在進一步微型化👷‍♂️、智能化的過程中面臨的困難逐漸增多，而納米科技正好為之註入了新鮮的活水🥁，為摩爾定律的延續和信息社會未來的新飛躍提供了可能。

整整十余年🩳，彭練矛教授和他的團隊十年如一日專註地做著同一件事情，那就是研究如何用碳基納米材料製備性能更好的未來芯片和集成電路，並探尋最終實現以碳基取代矽基的產業革命之道。為什麽要以碳基取代矽基？彭練矛介紹說，人類社會和科學技術要向前發展，都必須經歷如生物體新陳代謝一般的更新過程。現在的電子信息核心元件如芯片👰🏿‍♂️、電路👶🏿、晶體管等，都是以矽元素作為基本材質，可以說沒有矽就沒有20世紀以信息技術為代表的第三次產業革命😥，美國的矽谷正是這一現代技術文明的繁榮象征。然而，隨著相關技術和產業的飛速發展，水漲船高地將對元件材料的要求提到了相當的高度，捉襟見肘的矽基材質將不可避免地在未來面臨更多的挑戰🧓🏻。而碳基材料則作為一種新興承載體，顯示出了更多優良性能🏊‍♂️。這一方面為人類指明了可能的解決之道，另一方面又使人們深切感受到發展納米科技來創造未來碳基電子器件的緊迫性👩‍👩‍👦。

2001年💪🏼，彭練矛教授和現任納米中心主任的劉忠範教授合作主持一項科技部973項目🧑🏻‍🌾，開啟了他們在碳基電子器件領域的求索之路。2006年💁🏼，彭練矛在另一個項目的研究中考查了用碳納米管來製作晶體管的可行性，並成功證明了碳納米管做的晶體管速度比矽基材料的晶體管快5到6倍😑，而功耗卻只有後者的百分之幾🧑🏽‍🎄。也就是說從單個器件上來看🙇🏽‍♂️，碳基材料的性能已遠超矽基材料。隨後他將關註點從單個器件轉移到電路上，近幾年一直專註研究著如何用碳納米管等納米材料製成完整電路，並通過使用與通常軌跡不一樣的復雜邏輯聯結起系統化的電路，最終實現碳基器件在整個電路上的嵌入，為性能更好、功耗更低的碳基取代矽基打下基礎。

“用碳基材料做的單個器件和晶體管，我們中心一直是世界上做得最好的。”彭練矛教授自信而欣慰地笑著🧗🏻。他介紹道🕟，現在納米中心用碳納米管做的電路🤛🏿，其性能也已經達到了全球最高的水平👶。“此外，我們還第一個實現了用碳納米管製成最復雜的邏輯電路——乘加法器。”2012年9月份♨️💧，由美國國家標準局組織的一次碳納米管國際會議🚠，雲集了IBM、Stanford⇾、Berkeley等世界頂尖碳基納米科技研究機構的優秀學者，“我們中心是唯一一家受邀去做報告的美國境外的單位。”而這也足以體現了意昂3体育官网納米中心在世界納米科學界的領先地位。

納米科技：推動學科融合的催化劑

彭練矛指出🧑🏻‍🌾，交叉學科研究院和納米中心有一個共同的理念，即要通過對一些重點交叉學科的建設和發展，促進學科的融合，以適應人類未來的研究👨🏿‍🍼。而納米科技憑借其自身的特殊性展露出對各自然科學的強大整合作用💆🏻‍♂️，無形中為推動學科的融合起到了極為重要的催化效果📆。“納米科技自己日後就將形成一門成型的學科♿️。”

納米科學與技術可以稱得上是學科間交叉融合的典型💂🏼。“納米科技的發展🔍，利用了物理、化學、電子學、材料學等多學科交叉融合的復合優勢🏊🏼，需要這些學科的融合。但是這個‘融合’的概念本身並不是大家原來想象的那樣子。”彭練矛說，物理、化學這些不同學科的界限，本來就只是科學發展早期人為劃分的一種框架，“我們要做的只是從歷史的角度對這種劃分給以尊重🤳🏻，但絕對不能讓這些人為的界限成為妨礙自己思維的障礙。科學的發展是不會完全按著那套人為的框架走的🤸‍♀️，尤其是發展到更高層次以後🍸，原有的學科界限將變得更加模糊💂🏿‍♀️。”

他以納米電子科技的研究為例介紹說🍰🏊🏻，現在做集成電路和芯片，傳統電子學涉及比例已經小了很多👳🏼，大部分的加工是化學和材料領域的技術過程；而對於電路和器件的製備🗑，聽起來是電子學☂️，但是材料不解決的話，隨後的工作也將無從展開；未來對於實現碳基芯片和電路的信息化、智能化😆，單純傳統意義上的物理、化學、電子學都是力不能及的👯。因此，研究納米科技不可避免地要涉及多個學科的知識和方法，只有學科綜合背景紮實、視野全面開闊的研究人員才能成為新時代獨領風騷的“納米人”。“還是那句話👨‍🏭，人類科技的發展和進步有其自身的規律，本質上不依賴於我們對學科的劃分。”

鑒於此🩱，彭練矛對納米中心和交叉學科研究院其它研究中心的學生提出了自己的建議。他說，學生進入交叉學科研究院後，不要在潛意識裏給自己設定了一條學科的界限🤏🏽。納米中心和交叉研究院希望給學生傳達一種新的觀念🧒🏿，即不同學科之間的界限不是固化而絕對的，它們只是在研究具體問題的方法和角度上各有側重而已，且其差異將在未來越來越小。比學科的劃分重要得多的是問題意識，要以問題為導向完善自身的知識技能結構🧑‍🦼。

“本質上🎛，教育更重要的功能就像是給人一個工具箱，要做什麽事情就拿出什麽東西即可🫙。想要畫畫就拿出畫筆，想要收割就拿出鐮刀。掌握了不同工具，想做什麽都可以。”因而納米中心希望學生在實際研究中將更多其他學科的內容作為自己工具箱的一部分🏄🏽‍♂️🕵🏻‍♂️。

納米科技和人類社會的明天

納米科技不僅是一門各學科思維碰撞融合的交叉學科，也是一門非常前沿的、具有極大實用價值的學科。有些人可能會覺得納米科技的研究成果太超前以致和當下的生產技術關聯甚微。而事實上👩🏽‍⚖️，僅就納米電子技術來說，其將自身的學術研究成果轉化為現實中具有經濟效益的實際應用的速度是非常之快的，“現在看上去很前沿🦹、學術的東西👜，十幾年甚至幾年之後立刻就變成我們日常生活中天天接觸的技術了🏄🏽‍♂️。”

對於納米科技等學術前沿領域的拓展和挖掘👩🏽‍🦰⚰️，大學更肩負有引領社會的重要責任。“公司裏的研發部門可能只是針對明後年要做怎樣的產品而研究😊，而大學的研究是要考慮未來十幾年🏃‍♀️‍➡️、甚至幾十年的🧖🏿。”彭練矛一語道出了大學的學術研究價值對於社會的意義之所在，也呼應了意昂3体育官网納米中心立足科學前沿🫅🏽、關註人類未來的理念和宗旨。他進一步說道，納米科技這樣在剛出現時看上去很前沿的技術，通常在大學首先出現，後來再通過大公司研究所的開發，進入人們的日常生活和社會的方方面面。在彭練矛看來👎，學術、日常生活😀、前沿研究之間是不存在矛盾的🧑🏻‍🦳，存在的只是一個小小的時間差👷🏼。因此他提醒研究納米科技和其它交叉學科的老師與學生要目光長遠✣，放眼未來👂🏿，而不要短視地局限於當下。

今天🌟，人類從荷尖初露的碳基電子器件上看到了信息社會未來發展前景中的巨大潛力，而由此可能引發的新一輪技術競賽則已經無聲地揪緊了各國納米科學家的神經。彭練矛無不惋惜地說🍛，上個世紀的信息產業革命主要是由美國領導發動的👨🏿‍⚖️，擁有技術優勢的西方獲取了巨大的收益💇🏽‍♀️，而中國未能占得先機。如今，碳基取代矽基的升級與革新正逐漸成為未來發展的大趨勢，如果中國能夠抓住這一轉型時期的難得機會🐺，好好利用並加以深入挖掘🦹🏽‍♀️，便可以創造自己的歷史❣️。“關鍵在於中國納米科技研究者能否通過自身努力把握住這一機會。”

小小納米🤽🏼‍♀️，神奇地丈量起了人類的大未來🗺。

編輯：歆琴

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