没有芯片技术，就没有中国的现代化。??彭练矛

他用21年时间带领团队开展碳纳米管电子学研究。缺少资金、项目遇到瓶颈、短期难以获得收益??期间，国内外不少团队因为各种原因放弃了在该领域的研究，但他一直坚守，最终实现了从0到1的突破，从无到有发展了整套自主的碳芯片技术，为后续自主可控的碳基集成电路的产业发展打下了良好基础。

他始终坚守科研攻关一线，立足前沿、面向未来。他在电子显微学领域发展了可以精确处理一般材料体系反射和透射电子衍射、弹性和非弹性电子散射的理论框架；在碳基电子学领域，发展了整套碳基CMOS（互补金属氧化物半导体）集成电路无掺杂制备新技术，首次制备出性能接近理论极限，栅长仅5纳米的碳管晶体管，实现了综合性能超越硅基器件十余倍的“中国奇迹”。

他是彭练矛，中国科学院院士、北京大学碳基电子学研究中心主任。回首来路，他说：“心中有信念，才能坚持走到今天。事实证明，我们的坚持是对的。”

用科研成果使祖国真正屹立于科技强国之林

1978年，年仅16岁的彭练矛考入北京大学无线电电子学系，成为“文革”后第一批北大学生。在恩师西门纪业教授的带领下，他与电子显微学结下不解之缘。

作为恢复高考后新一代大学生，彭练矛格外珍惜在北京大学的每一个学习机会。1982年毕业后，他考取了北大电子物理硕士研究生，1983年在西门纪业教授鼓励下，彭练矛以优异成绩通过由李政道先生主持的CUSPEA（中美联合招考物理研究生项目）选拔，前往亚利桑那州立大学美国国家高分辨电子显微学中心攻读博士学位，师从考利（J.M.Cowley）教授。“我在北大本科学的电子物理，硕士研究生是电子光学专业，于是赴美时选择了被美国人称为世界上最好的设立在Arizona州立大学（ASU）的美国国家高分辨电子显微学中心。”

一个夏天很快就过去。彭练矛记得自己学会了使用计算机，并用老式的大型IBM计算机绘出了一些考利教授不知如何可能作出的曲线。新学期还没开始，彭练矛已经与考利教授合作完成第一篇论文，“当时由考利教授主笔”。

在美国拿到博士学位后，彭练矛又先后前往挪威奥斯陆大学和英国牛津大学继续研究工作，在电子显微学领域崭露头角，做出一系列令人瞩目的成绩。然而，在海外的岁月纵然生活安逸，但远离祖国和亲人。1994年底，彭练矛回到阔别了十余年的祖国??“彭的离去是英国电子显微学界一大损失。”英国剑桥大学卡文迪什教授豪伊（A.Howie）说。

1999年，彭练矛回到母校北京大学，将自己在电子显微学领域的知识应用于纳米材料的研究，并致力于纳米电子学方向的探索。

“很长一段时间以来，中国对人类文明所作出的贡献都十分有限，可以说，还远远没有发挥出中国人的聪明才智和创造力。我希望我们的科研成果能推动整个人类文明的发展，让祖国真正屹立于科技强国之林。”彭练矛如是说。这份初心，也成为激励彭练矛在科学道路上攻坚克难的“法宝”。

使我国碳基芯片基础研究迈入全球发展前列

芯片，是一个国家发展高科技产业之“心”。21世纪以来，传统硅基芯片受摩尔定律的限制，发展速度日益缓慢，科学家一直试图寻找能够替代硅的芯片材料，其中碳纳米管晶体管（简称“碳管”）是颇具研究价值的方向。

2000年，彭练矛带领研究团队从零开始，探究用碳纳米管材料制备集成电路的方法。“在当时，纳米电子学是一个相对较新的领域。最初七年，我们团队是在对西方先进技术的跟踪中摸索过来的。”他们克服纳米电子学的领域的问题，为碳管制备技术打下基础，正式进入碳管材料和碳基芯片的研制。

2017年，彭练矛团队首次制备出栅长5纳米的晶体管。这一世界上迄今最小的高性能晶体管，综合性能比目前最好的硅基晶体管领先十倍，接近了理论极限。2018年，团队再次突破了传统的理论极限，发展出新原理的超低功耗的狄拉克源晶体管；同年，用高性能的晶体管制备出集成电路，最高速度达到了5×103兆赫兹，不仅跻身与斯坦福大学、麻省理工学院等研究机构同步的国际领跑行列，而且在最关键的核心技术上世界领先。

“碳纳米管拥有完美的结构、超薄的导电通道、极高的载流子迁移率和稳定性，未来有望取代传统的硅基集成电路技术。”面向后摩尔时代，彭练矛团队经过近20年努力，现已基本解决ITRS提出的碳纳米管5+挑战，实现了整套的碳纳米管集成电路和光电器件制备技术。同时团队也在碳纳米管的无掺杂技术研究方面取得重大突破，使得我国在碳基芯片的基础研究方面迈入全球发展前列。

彭练矛表示，随着芯片制造工艺逼近2纳米，传统的硅基芯片材料的潜力已基本被挖掘殆尽，无法满足行业未来进一步发展的需要，启用新材料是公认的从根本上解决芯片性能问题的出路。“目前，基于碳纳米管的无掺杂CMOS技术已经不存在原理上不可克服的障碍，然而，要建设一个完整的碳基芯片产业，还有很多工程化的工作待进一步完成。” 

面对未来，彭练矛认为，要在相关技术成熟后着手产业化投入。“碳基技术有望全方位影响现有半导体产业格局。我国应抓住这一历史机遇，从材料开始，总结过往经验，通过发展碳基芯片，实现中国芯的弯道超车。”