2026年5月6日，Nature Synthesis 发表了中国科学院化学研究所郑健、崔雪萍、董际臣团队和北京大学郭雪峰团队合作首次制备狭义一维材料——单根一维范德华晶体。作为人工制备的最薄且最窄的晶体材料，这类半导体材料未来很有可能成为人类半导体工业材料的终点，终结摩尔定律。值得关注的是该原创研究成果是由我国科学家首次获得。
狭义一维材料，是原子尺度下，人类能造出的、最完美、最小、最省电、最快的固态晶体管材料，再往下，就没有适合做逻辑电路的物质了。
如果能够在两个维度上同时降维至一维极限，获得单链一维范德华材料，不仅能为一维量子体系提供最理想的实验载体，更有望成为连接低维量子物理、维度工程与原子级功能器件的核心桥梁。然而，单链一维材料的截面宽度仅有几个原子，其本征结构对缺陷的容忍度远低于二维材料，常见的缺陷如几个原子的丢失即可引发链的断裂、分解，之前尚未有可靠的方法实现单链一维范德华材料的制备。
中国科学院化学研究所崔雪萍、郑健等人通过精确的电化学辅助插层和温和的剥离过程，首次制备了严格的狭义一维材料，单链一维范德华晶体，其可独立存在于衬底表面或均匀分散在液相体系中。其中获得的单链PdGeS3的宽度约为0.8 nm，长度达微米级，单链比例高达90%，晶体质量与块状PdGeS3相当。由于固有的链内闭合共价键合，这些单链具有原子级精确、光滑的范德华边缘，获得明确的化学结构，同时展现出良好的空气稳定性，在空气中可稳定存放一个月。这些特性支持了其以前无法获得的内在电特性的探测。在严格一维限域下，电子运动被极度约束至最小状态，单链出现了特征的一维电子性质，包括Luttinger液体行为和范霍夫奇点。基于单链PdGeS3的本征半导体带隙与原子尺度的“限域通道”，构筑了单链单电子晶体管，表现出典型的单电子传输特性。这是理论上能够制备的最小功耗的场效应晶体管，该体系是目前最接近理想一维量子链的实验体系，为严格验证一维物理理论提供了新的平台。
该工作是继石墨烯发现以来低维材料领域的重要突破，实现了材料降维的物理极限，开辟了一维量子材料新的研究方向。单链的亚纳米原子级精确宽度突破了半导体行业传统光刻的尺寸限制，为后摩尔尺度器件制备及缓解高密度集成电路中芯片热效应提供新路径；另外，其明确的化学结构和原子级平滑的范德华边缘，使其成为低维基础物理研究与亚纳米功能器件开发的理想平台，将吸引材料科学家的极大兴趣。
图 1 单链 1D PdGeS3晶体结构及制备过程示意图
图 2 单链1D晶体形貌结构表征
图 3 单链 1D PdGeS3晶体的单电子场效应晶体管
背景
一、硅基半导体：已经走到物理极限
过去几十年，靠缩小晶体管、堆叠制程、改良架构，不断压榨硅材料的潜力：7nm→3nm→2nm。硅基半导体，是三维块状材料的终点，目前性能已经达到极限短沟道效应 + 量子隧穿
尺寸小于 1nm 时，电子会直接穿墙漏电，开关彻底失效。
- 三维晶体的原子尺度上限
制程缩到1nm后，晶格畸变、缺陷泛滥，材料本身不再稳定。
- 散热与功耗天花板
硅载流子散射强、发热严重，高密度集成下散热无解。
二、二维材料：过渡方案，而非最终答案
石墨烯、二硫化钼等二维材料，把厚度压到单原子层，缓解短沟道效应，能短暂支撑 1-2nm 节点。二维，只是延缓了半导体的终点，不能终结终点：
- 电子仍在二维平面自由运动，横向散射无法根除；
- 层间堆叠、界面缺陷、迁移率短板，注定只是过渡期补丁；
- 无法无限微缩，存在二维维度的本征天花板。
三、真正的半导体工业终点：狭义一维材料
当三维硅、二维片层全部走到极限，唯一剩下的路径，就是维度继续坍缩——狭义一维晶体，即单根一维范德华晶体。
- 维度锁死，根治漏电
电子仅能沿原子链单向运动，另外两个方向被完全量子限域，从物理层面彻底消灭隧穿漏电。
- 原子级最小沟道
单链、亚纳米尺度，是物质结构能稳定存在的最小导电单元，没有再缩小的空间。
- 弹道输运，极致能效
电子无散射弹道传输，速度、延迟、功耗全部拉到理论物理极限。
