提名单位

华中科技大学

提名意见

（不超过600字，根据项目创造性特点，科学技术水平和应用情况并参照相应奖类条件写明提名理由和结论性意见，并填写提名意见和提名等级。）

 本人认真审阅了该提名材料，确认提名材料真实有效，完成人排序无异议，相关栏目符合填写要求。

该项目属于电子、通信与自动控制技术领域。该项目面向国际前沿及芯片等重大需求和“卡脖子”难题，选择新型二维半导体的电学输运机理、器件构筑方法及性能调控开展研究工作。该项目针对其中的共性关键科学问题，进行了深入系统的研究，发展了一种离子诱导二维材料化学键整体扭转的能带调控新方法，拓展了现有异质结构相变体系；提出了超越经典江崎二极管量子隧穿的横向隧穿放大新效应，突破了玻尔兹曼极限；首次揭示了可调三值逻辑新原理，引领了超越经典二值布尔逻辑体系新方向。工作具有创新性和国际影响力。推荐申请湖北省科学技术奖励自然科学奖。

提名该项目为2022年度湖北省自然科学奖一等奖

项目简介

该项目属于电子、通信与自动控制技术领域。

当代信息技术及微电子产业的基石是传统硅基半导体，目前正面临进一步性能提升所需要的持续尺寸缩小的重大挑战。与此同时，新一代信息技术如物联网云计算需要更高性能更低功耗的晶体管器件。以超薄体为标志的新型二维半导体材料被认为是未来最重要的信息材料之一，有望解决芯片面临的尺寸和功耗瓶颈，对后摩尔时代微纳电子器件的发展具有重大意义。该项目在国家自然科学基金等项目的支持下，项目组针对后摩尔时代新器件技术的基础研究在新材料、新结构、新原理等一系列关键科学和技术问题，开展了新材料的晶体结构调控方法研究，揭示新型层状半导体材料异质结构的界面物理新效应，拓展层状半导体材料物理基础理论体系等方面创新性研究。主要科学发现如下：

1.发展了一种离子诱导二维材料化学键整体扭转的能带调控方法，实现了层状二硫化钼晶体结构2H相和1T相之间的可控相变方法，首次利用氩离子在二硫化钼中实现了快速、可控的2H-1T的局域相变的马赛克结构，基于该发现成功构建了基于图形化技术在指定区域发生相变的异质结构。

2.突破了经典量子隧穿结构，首创了横向量子隧穿异质结构新模型。基于超高量子隧穿放大效应，在国际上首次实现了可调负微分电阻，实现了超陡峭亚阈斜率量子隧穿器件，器件开关特性体因子仅为经典玻尔兹曼理论极限的十分之一，开创了超低功耗逻辑器件实现新方法。

3.发现了平面范德华异质结多端能带调控中负跨导的规律，建立了带带隧穿新机理及能带组合实现静电混合调控的模型，揭示了费米能级与能带弯曲的混合协同调控机制，首次实现了输出逻辑态可调的三进制逻辑门电路，创建了新的逻辑态控制方法，引领了超越经典二值布尔逻辑体系新方向。

基于上述3个科学发现，设计和制备了系列二维半导体新型结构与电子器件，解决了制约二维半导体电学输运特性的能带调控瓶颈问题，显著提升了超低功耗二维半导体器件与异质结的电学特性、大幅提升了其功能性，为后摩尔新型半导体器件的构筑和调控提供了新的思路，为实际应用打下了基础。

5篇代表作发表在《自然-纳米技术》、《自然-电子学》等杂志上，其中高被引文献1篇，WOS他引531次。成果被多名国际著名学者在Nature及其Nature子刊等权威期刊引用和好评，包括2010年诺贝尔物理学奖得主和十余位院士。诺贝尔物理学奖得主Andre K.   Geim和 Kostya S. Novoselov借鉴了垂直异质结器件结构来提高器件性能。ACS Nano杂志副主编、美国国家发明家科学院院士Mark C. Hersam教授肯定了三值逻辑的调控方法。有关异质结的功能和机理被来自欧洲微电子中心（IMEC，世界最先进的微电子实验）的研究人员原图多次引用。两次受编辑邀请在Nature   Electronics撰写观点评论文章。

主要完成人

（完成单位）

吴燕庆（华中科技大学）、李学飞（华中科技大学）、张广宇（中国科学院物理研究所）、黄明强（华中科技大学）、祝建琦（中国科学院物理研究所）

1

Argon Plasma Induced Phase Transition in Monolayer MoS2.Journal of   the American Chemical Society. Jianqi Zhu, Zhichang Wang, Hua Yu, Na   Li, Jing Zhang, JianLing Meng, Mengzhou Liao, Jing Zhao, Xiaobo Lu, Luojun   Du,Rong Yang, Dongxia Shi, Ying Jiang* and Guangyu Zhang*

2017年139卷10216页

2017年7月21日

江颖，张广宇

祝建琦

祝建琦，汪知昌，余画，李娜，张菁，孟建玲，廖梦舟，赵静，卢晓波，杜罗军，杨蓉，时东霞，江颖*，张广宇*

2

A transverse tunnelling   field-effect transistor made from a van der Waals heterostructure. Nature Electronics. Xiong   Xiong, Mingqiang Huang, Ben Hu, Xuefei Li, Fei Liu, Sichao Li, Mengchuan   Tian, Tiaoyang Li, Jian Song & Yanqing Wu*  

2020年3卷106页

 2020年2月3日

吴燕庆

熊雄，黄明强

熊雄，黄明强，胡奔，李学飞，刘飞，李思超，田猛串，李调阳，宋健，吴燕庆*

3

Multifunctional   high-performance van der Waals heterostructures. Nature Nanotechnology. Mingqiang Huang, Shengman Li,   Zhenfeng Zhang, Xiong Xiong, Xuefei Li and Yanqing Wu*

2017年12卷1148页

2017年10月9日

吴燕庆

黄明强

黄明强，李晟曼，张振丰，熊雄，李学飞，吴燕庆*

4

Development of   two-dimensional materials for electronic applications. Science China Information Sciences. Xuefei Li, Tingting   Gao, and Yanqing Wu*

2016年59卷061405页

2016年4月22日

吴燕庆

李学飞

李学飞，高婷婷，吴燕庆*

5

Toward high-performance   two-dimensional black phosphorus electronic and optoelectronic devices. Chinese Physics B. Xuefei Li, Xiong Xiong, and Yanqing   Wu*

2017年26卷037307页

2017年3月5日

吴燕庆

李学飞

李学飞，熊雄，吴燕庆*