近日，西北工業大學李鐵虎教授團隊與中國科學院國家納米科學中心鄢勇研究員、韓國蔚山科技大學（UNIST）Bartosz Grzybowski教授等人帶領的團隊在納米晶體管方麵的研究取得了突破進展。目前，相關研究成果以“Transistors and logic circuits based on metal nanoparticles and ionic gradients”為標題發表在國際頂尖學術刊物Nature Electronics(DOI:10.1038/s41928 -020-00527-z）上（李鐵虎教授指導的博士生趙星為第一作者，西北工業大學為第一單位）。該工作得到了國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項（B類）、中科院“百人計劃”等項目的支持。

　　以半導體材料為核心的現代電子技術取得了舉世矚目的成績，給人類社會發展帶來了極大方便。然而，伴隨著電子器件尺寸的進一步縮小和集成程度的不斷提升，半導體芯片的瓶頸越發嚴重。同時，以模擬人類大腦信息處理模式而催生的人工智能對半導體芯片的數據處理能力提出了超級挑戰。有別於半導體器件中的電子信號，人腦信息的處理則基於複雜的離子和電子同時參與的物質輸運過程。因此，揭示離子電荷與電子電荷耦合輸運的基本規律，通過人工操控兩種電荷之間的相互作用與輸運過程以構築新型納米電子器件具有重要的科學意義和較高的應用價值。

　　采用碳材料作為電極實現了顯著的電荷濃度梯度分布，通過器件結構的進一步優化，設計並構築了一種五電極結構的金屬納米顆粒薄膜晶體管，其中三個門電極高度對稱，不僅可以降低漏電流，而且能使門電壓有效地調控源漏電極之間的輸出。

　　然而，這種調控現象在不帶電的納米顆粒薄膜中未能觀測到，同時，器件的性能可以通過降低溝道尺寸得以優化，在65mm線寬下，晶體管的開關比達到400左右。其次，通過監測對離子的濃度分布（EDS）與納米顆粒薄膜的表麵電勢（KFM），結合理論模擬（能斯特-普朗克方程與泊鬆方程），重現了所有的實驗結果。更重要的是，基於該晶體管可以構築非門，結合納米顆粒二極管與電阻，實現了與門、或門、與非門、或非門等基本邏輯，集成實現了全金屬納米顆粒半加器的邏輯輸出。最後需要指出的是，有別於半導體晶體管，金屬納米顆粒器件能夠抵抗高電壓靜電（10 kV）的損傷，使電子器件保持較高的穩定性。

　　李鐵虎教授是西北工業大學材料學院特種碳材料課題組的負責人，陝西省石墨烯新型炭材料及應用工程實驗室主任。所在課題組多年來主要從事新型炭-石墨及其複合材料的基礎研究和應用研究，對石墨烯及其複合材料的製備工藝、性能及應用進行了深入係統的研究。先後承擔了國家級項目30多項，獲省部級一、二、三等獎4項，獲國家教學成果一等獎及陝西省教學成果特等獎各1項，其研究成果2次被《中國科學報》專題報道，並在多家企業獲得應用，產生了良好的經濟效益和社會效益。目前已發表論文300多篇（包括Nature、Nature Communications、Science Advances、Advanced Materials、Journal of the American Chemical Society、ACS Nano、Advanced Functional Materials等國際著名期刊），其中SCI收錄200餘篇，影響因子最高IF=41.577，單篇他引次數最高350次。已培養出博士後7人，博士生53人，碩士生106人。李鐵虎教授還兼任國務院學科評議組成員，教育部教學指導委員會委員、“國家石墨烯產品質量監督檢驗中心”學術委員會委員、“陝西省石墨烯新型炭材料及應用工程實驗室”主任、“陝西省石墨烯聯合實驗室”學術委員會委員、中國金屬學會《炭素技術》副主編、中國科學院《新型炭材料》編委、中國電工技術學會《炭素》編委、《交通運輸工程學報》編委。