天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心执行主任、天津大学·明石致远石墨烯（纳米）材料联合实验室主任马雷教授及其科研团队，日前在半导体石墨烯领域取得了显著进展。该团队的研究成果《碳化硅上生长的超高迁移率半导体外延石墨烯》（Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide）于2024年1月3日在《自然》（Nature）杂志网站上在线发布。该成果成功地攻克了长期以来阻碍石墨烯电子学发展的关键技术难题，打开了石墨烯带隙，实现了从“0”到“1”的突破，这一突破被认为是开启石墨烯芯片制造领域大门的重要里程碑，在硅谷引起强烈反响！

此次发表在《自然》（Nature）的重大突破是天津大学·明石致远石墨烯（纳米）材料联合实验室开展的研发项目之一。2019年12月，明石创新与天津大学签约共建天津大学·明石致远石墨烯（纳米）材料联合实验室，由天津大学马雷教授任联合实验室主任，明石创新产业技术研究院高峰院长任联合实验室执行主任。联合实验室主要开展基于石墨烯相关纳米材料的基础和应用基础研究。除本项目外，联合实验室还开展了多种石墨烯基气体传感器、纳米氧化锆粉体材料及固态电解质纳米氧化锆氧传感器、二次离子质谱仪等精密仪器的研发。

石墨烯，作为首个被发现可在室温下稳定存在的二维材料，其独特的狄拉克锥能带结构，导致了零带隙的特性。“零带隙”特性正是困扰石墨烯研究者数十年的难题。如何打开带隙，成为开启“石墨烯电子学”大门的“关键钥匙”。马雷教授研究团队通过对外延石墨烯生长过程的精确调控，成功地在石墨烯中引入了带隙，创造了一种新型稳定的半导体石墨烯。这种半导体石墨烯的电子迁移率远超硅材料，表现出了十倍于硅的性能，并且拥有硅材料所不具备的独特性质。

基于本项突破性研究，具有带隙的半导体石墨烯为高性能电子器件带来了全新的材料选择，不仅为超越传统硅基技术的高性能电子器件开辟了新道路，还为整个半导体行业注入了新动力。随着摩尔定律所预测的极限日益临近，半导体石墨烯的出现恰逢其时，预示着电子学领域即将迎来一场根本性的变革，其突破性的属性满足了对更高计算速度和微型化集成电子器件不断增长的需求。

以天津大学·明石致远石墨烯（纳米）材料联合实验室等多个高端创新平台为支撑，明石创新牵头组建了“山东省微纳制造创新中心”，聚焦微纳制造领域中的材料、设计、工艺、装备、装配、集成等环节的共性关键技术难题，打造集行业共性关键技术攻关、中试验证及技术孵化、成果转化与产业化、创新人才培育、行业公共服务、国际交流合作于一体的创新载体。