文 | 《中国科学报》记者 冯丽妃
时隔11个月，上海交通大学（以下简称上海交大）教授史志文团队与合作者再发顶刊。
去年4月，他们在实验室“种”出世界最长、性能最优的石墨烯纳米带。该成果发表于《自然》。今年三月，他们又有所收获，首次成功制备出紧密排列、手性单一的单壁碳纳米管阵列，实现了碳纳米管从无序生长到有序阵列的突破。北京时间3月14日相关
成果
发表于《科学》。
“这是朝着单晶梦迈出的一大步。”“作者发现了一些非常有价值的东西，可能对领域产生重大影响。”“创新性强、有冲击力，文章写得好，值得在《科学》上发表。”三位国际审稿人给出的评价都非常高。
谈起发顶刊的经验，史志文直言：“重要的科学发现是核心中的核心，但论文的打磨也很重要。”
好论文如何打磨？论文通讯作者史志文一边向《中国科学报》记者介绍这项研究，一边分享经验。
排列整齐、手性一致的单壁碳纳米管
攻克30年难题
碳纳米管自1991年被发现以来，一直被视为下一代计算机芯片的理想材料。
这种一维材料直径只有1纳米，是“最细”的半导体材料，其电子迁移率远超传统硅材料，为制造更小、更快、更节能的晶体管提供了可能。
在实际应用中，需要将大量的碳纳米管以高度有序的方式排列在一起，以提高一致性和功能性。然而，现有的两种主要制备方法——受控的化学气相沉积生长和使用后生长技术组装碳纳米管仍存在不少缺陷。前者存在手性不均一的问题，后者存在因表面活性剂和聚合物导致质地不纯净的问题，且两者都存在碳纳米管捆绑和排列紊乱的问题。
国内外许多科学家都在尝试攻克这些严重限制碳纳米管集成电路应用的难题。例如，北京大学彭练矛院士团队就走在这一领域的世界前沿。他们通过对随机生长的碳纳米管进行纯化处理，将其纯度提升到99.99%甚至更高，实现了在集成电路上的初步应用。北京大学张锦院士、李彦教授通过采用特殊的生长基底或催化剂也使得碳纳米管的手性单一度达到90%以上。“这些都是非常了不起的工作。”史志文对《中国科学报》说。
然而，如何直接生长出紧密排列、手性单一，可承载高电流密度的半导体性碳纳米管阵列？这仍然是全球领域内科学家的努力方向。
史志文团队通过采用原子级平整的六方氮化硼为基底，利用其超润滑特性，在基底上直接生长出规律性地整齐密排、手性单一的单壁碳纳米管自组装阵列，实现了这一领域科学家30多年来的理想。
“氮化硼基底的超平滑特性，使得生长出的碳纳米管能够在基底上自由滑移，并自组装成高度有序的阵列结构。这种方法不仅解决了碳纳米管生长中的结构控制难题，还实现了手性高度一致的阵列。”史志文向《中国科学报》解释道。
在史志文团队的论文中，可以看到被放大后的碳纳米管宛如一根灵动的“面条”，在氮化硼基底上自由、反复折叠，形成“桥梁”“单行道”“玉佩”“操场跑道”等多种阵列形状。“碳管在平滑的基底上滑移时，遇到障碍物后就会拐弯，靠着它自身之间的范德华吸引力，贴在一起。因为一根碳管自身的结构和性质是均匀不变的。自组装形成的阵列结构和性质也会如此，每一段平行排列、紧密相邻的碳管结构和手性都一模一样。”史志文解释说。
碳纳米管折叠后自组装形成的不同形状
在器件性能方面，该团队与中国科学院物理研究所研究员张广宇团队开展合作研究，所得到的碳纳米管阵列晶体管表现卓越：载流子迁移率高达2000平方厘米每伏每秒，开关比高达
10
7
，超过普遍的
10
5
~
10
6
的可用标准，开态电流密度约为1.2毫安每微米，优于硅基电路发展路线图中对未来数年的预期指标。
“好运气”与“精打磨”
谈起这项研究背后的故事，史志文笑言：“有运气成分在里面。”
在碳纳米管研究与产出的三十多年历程中，不乏有团队生长出“米级”碳管，但无人发现碳管可通过“自折叠”和“自组装”实现结构的均匀密排和手性结构的一致性。史志文团队大胆尝试六方氮化硼基底与碳纳米管的新组合，“意外好运”地收获了一系列有趣的新材料——性能优异的超长石墨烯纳米带、单一手性密排碳纳米管阵列。
“做科学研究，运气有时候蛮重要。运气好时能发现许多新事物，运气不好时，可能两三年都是沉寂的状态。”史志文说。
史志文团队
不过，运气不会凭空而来。在史志文看来，尝试别人没做过的事情是关键。“这就像挖矿。你一定要去探索那些别人没有探过的地方，才有更大的机会发现一些有价值的新事物。”他说。
史志文表示，实际科研过程，导师往往只是指明大的探索方向，告诉学生哪个地方可能有“金矿”。但能不能找到矿，关键还要看学生。“我要感谢我的学生。他们总能敏锐地
