祝贺博士研究生刘文超的文章收录于Sci. Adv期刊！

近日，肖凯副教授团队在Science Advance期刊上发表了题为“Bioinspired carbon nanotubes-based nanofluidic ionic transistor with ultrahigh switching capabilities for logic circuits”的研究型文章。2022级博士生刘文超为论文第一作者，科研助理梅婷婷及国家纳米中心曹洲文为共同第一作者，中国科学院大连化学物理研究所陈若天副研究员、中国科学院国家纳米科学中心涂斌副研究员和南方科技大学肖凯副教授为论文通讯作者。

文章摘要：该研究受电压门控离子通道（即生命体的晶体管）的开关机理启发，成功制备了基于表面电荷调控的离子基晶体管，在超低的栅极电压下可以实现超高开关比（10⁴）。进一步，基于离子晶体管构建了逻辑门，展示了其在离子基电路应用发展。

文章介绍：在生物系统中，人脑由神经元组成，神经元通过跨细胞膜的离子运动发射电信号，以实现信息传输和储存。例如，跨膜生物蛋白质离子通道响应外部电压刺激，从而实现控制离子传输的开关状态切换，充当处理信息的门控效果（图1）。与传统电子系统相比，智能生命的大脑实现了高性能并行计算，具有效率高、运行速度快、能耗极低（<20瓦）等优势。因此，借鉴智能生命的工作机制，探索精确控制离子传输的纳米流体器件将有助于推动基于离子体系的超低能耗信息技术开发，通过构建以离子作为电荷载体的仿生晶体管，很可能会打破固态电子设备所面临的物理限制和能耗问题。

图1 生命体的晶体管和仿生离子基晶体管工作机理示意

受生命的晶体管的启发，我们报道了一种基于碳纳米管的纳米流体离子晶体管，其在低至1V的操作栅极电压下表现出10⁴的开关比。通过控制碳纳米管的几何结构对称性，实现了单极性和双极性离子晶体管构筑，并且可以通过引入Al₂O₃介电层来进一步提高其开关比。同时，通过栅极电压控制碳纳米管的表面性质，实现了p型和n型之间纳米流体离子晶体管的极性切换。最后基于纳米流体离子晶体管实现了离子电路的构建，成功实现NOT、NAND和NOR逻辑门的操控（图2）。该仿生纳米流体离子晶体管有望应用于低能耗计算设备、生物传感和脑机接口等领域。

全文地址：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj7867