北大在Nature上演“帽子戲法”！

　　3月22日晚間，Nature官網發布多篇論文

　　北京大學三項成果同時在線發表

　　上演“帽子戲法”

　　生命科學學院肖俊宇研究員研究組

　　發表成果

　　《FcμR受體對免疫球蛋白IgM的識別》

　　化學與分子工程學院彭海琳教授課題組

　　發表成果

　　《外延高κ柵氧化物集成型二維鰭式晶體管》

　　電子學院彭練矛教授-邱晨光研究員課題組

　　發表成果

　　《二維硒化銦彈道晶體管》

　　揭示，突破！

　　肖俊宇研究組通過結構生物學、生物化學和細胞生物學等手段揭示了FcμR特異性感知不同形式IgM的分子機制，為深入理解IgM的生物學功能奠定了基礎。

　　IgM是人體內五類免疫球蛋白之一，主要由脾臟和淋巴結中漿細胞分泌合成，具有強大的殺菌、激活補體、免疫調理和凝集作用，在免疫應答早期階段發揮重要功能。FcμR（也稱為Toso或Faim3）是哺乳動物中唯一的IgM特異性受體，它可以與不同形式的IgM（包括膜結合型IgM單體、血清中的IgM五聚體和六聚體以及分泌型IgM）結合，從而參與B細胞發育、免疫系統穩態調控和抗原呈遞等過程。在慢性淋巴細胞白血病患者中，B細胞表面FcμR的高表達也體現了其在免疫系統和疾病發生中的重要性。但在過去，FcμR發揮功能的分子機制尚不明確。

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

　　為了探究FcμR對不同形式IgM的識別機制，該研究首先重組表達了FcμR-D1結構域和IgM-Cμ4結構域的復合體，并解析了其晶體結構。接著，該研究進一步利用冷凍電鏡技術解析了IgM五聚體核心區和FcμR胞外域組成的復合體結構。進一步地，該研究利用冷凍電鏡技術解析了FcμR與分泌型IgM核心區形成的復合物結構。為了評估上述研究的功能相關性，該研究又設計了FcμR突變體，并通過體外蛋白互作、熒光共聚焦顯微鏡、流式細胞術等手段對上述結果進行了驗證。

　　總之，該研究通過結構生物學、生物化學和細胞生物學等手段揭示了FcμR特異性感知不同形式IgM的分子機制，為深入理解IgM的生物學功能奠定了基礎。

　　研究成果Nature截圖

　　FcμR受體對膜結合型 IgM、IgM五聚體和分泌型IgM的識別模型

　　蛋白質與植物基因研究國家重點實驗室、北京大學生命科學學院、北大清華生命科學聯合中心肖俊宇研究員為該論文的通訊作者。北京大學已出站博士后李雅鑫、生命科學學院19級博士生沈皓、前沿交叉學科研究院19級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生命科學學院啟東產業創新基金、昌平實驗室、中國博士后科學基金（博新計劃）、北京大學博雅博士后項目的支持。

　　解決“老大難”的焦點問題

　　彭海琳課題組報道了全球首例外延高κ柵介質集成型二維鰭式晶體管。這一原創性工作突破了后摩爾時代高速低功耗芯片的二維新材料精準合成與新架構集成瓶頸，為開發未來先進芯片技術帶來了新的機遇。

　　近年來，我國“芯片荒”這一“老大難”問題屢屢成為焦點。為了讓“卡脖子”的手松一點，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的迭代升級事業添磚加瓦。2023年3月22日，北京大學化學與分子工程學院彭海琳教授課題組在Nature在線發表題為《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。這一研究報道了世界首例二維半導體鰭片/高κ柵氧化物異質結陣列的外延生長及其三維架構的集成制備，并研制了高性能二維鰭式場效應晶體管（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

　　北京大學彭海琳教授課題組長期從事二維材料物理化學與表界面調控研究，致力于解決具有挑戰性的國際前沿科學問題。近期，他們致力于將高遷移率二維半導體與高κ柵介質精準集成并極限微縮成三維新架構。彭海琳教授課題組獨辟蹊徑，建立了絕緣基底上晶圓級二維半導體Bi2O2Se垂直鰭片陣列的外延生長方法。同時，利用可控氧化方法，實現了二維Bi2O2Se鰭片/高κ自氧化物Bi2SeO5異質結的外延集成。新型二維半導體溝道/外延集成高κ柵介質基二維鰭式晶體管在遷移率（270cm2/Vs）、關態電流（1 pA/μm）和電流開關比（108）等性能滿足業界高性能低功耗器件要求；在開態電流密度方面，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出電子學上的優勢和潛力。

　　北京大學彭海琳教授是該論文工作的通訊作者，北京大學化學與分子工程學院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、清華大學物理系姜開利教授等。該研究成果得到國家自然科學基金委、科技部、北京分子科學國家研究中心、騰訊基金會、北京大學博雅博士后、北京分子科學國家研究中心博士后項目等機構和項目的資助，并得到了北京大學化學與分子工程學院的分子材料與納米加工實驗室（MMNL）儀器平臺的支持。

　　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際性能超過Intel商用10納米節點的硅基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體晶體管。

　　芯片為大數據和人工智能的發展提供源源不斷的動力，芯片速度的提升得益于晶體管的微縮，然而當前傳統硅基場效應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現的性能均不能媲美業界先進硅基晶體管，其實驗結果遠落后于理論預測。

　　近期，北京大學電子學院彭練矛教授-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日在線發表于Nature.

　　研究成果Nature截圖

　　本工作實現了三方面技術革新：首先，采用高載流子熱速度（更小有效質量）的三層硒化銦作溝道，實現了目前場效應晶體管的最高值；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，將器件跨導提升到6毫西·微米，超過所有二維器件一個數量級；最后，開創了摻雜誘導二維相變技術，克服了二維器件領域金半接觸的國際難題，將總電阻刷新至124歐姆·微米。

　　這項工作突破了長期以來阻礙二維電子學發展的關鍵科學瓶頸，將n型二維半導體晶體管的性能首次推近理論極限，率先在實驗上證明出二維器件性能和功耗上優于先進硅基技術，為推動二維半導體技術的發展注入了強有力的信心和活力。

　　展望：更快更省電的低維半導體芯片

　　電子學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，北京大學電子學院為論文唯一單位。

　　每一篇文章的背后，都凝縮了團隊每一位成員的心血，是數十名北大人歷經無數失敗與徹夜難眠后，結出的那顆最耀眼的結晶。北大是常為新的。一篇篇研究成果即是一個個清晰見證，訴說著北大人推動科學的發展、謀求人類的進步的初心與使命。

　　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愈勇，常攀高峰！