二维半导体材料，新进展

英国伦敦玛丽女王大学、诺丁汉大学和格拉斯哥大学的科学家团队获得了一项价值600万英镑的EPSRC项目资助，该项目名为“利用超低能耗二维材料和器件（NEED2D）实现净零排放和人工智能革命”。该项目将开发节能、原子级厚度的半导体，以大幅降低人工智能数据中心和高性能计算的电力需求。

在伦敦玛丽女王大学的领导下，该团队将与众多制造商和多家研究机构（超过20个合作伙伴为该项目贡献了超过200万英镑）合作，开发新材料并制造晶体管等革命性的低能耗电子设备原型。这将使英国能够利用创新的二维半导体，打造一个超越传统材料的全新电子产业。

该项目负责人、伦敦玛丽女王大学材料科学教授科林·汉弗莱斯爵士表示： “世界各国政府正斥资数十亿美元建设风能、太阳能、核能和燃气发电站，以满足人工智能数据中心巨大的能源需求。我们的方法是从源头上解决问题：首先减少这些中心的能耗。为此，我们将使用最新的二维材料，这种材料的厚度仅为原子级。这将节省数据中心和计算机90%以上的能源需求，降低电力成本，并有助于实现净零排放。”

人工智能的能源需求正以惊人的速度增长。英国国家电网预测，到2034年，英国数据中心的电力需求将增长6倍，达到总用电量的30%。这将耗资数十亿英镑，并威胁到气候目标。二维半导体已成为构建更可持续的人工智能产业的领先技术，同时也将促进英国经济发展。

科林·汉弗莱斯表示：“包括台积电、英特尔和三星在内的领先半导体行业已经将二维材料视为未来趋势，并将其列入2040年的技术路线图。我们的愿景是让英国在2040年之前成为超低能耗二维设备领域的全球领导者。”

除了人工智能数据中心，二维材料还可以大幅降低其他设备（包括智能手机）的能耗。“以后你的手机就需要每周充电，而不是每天充电了！”科林·汉弗莱斯说道。  

正在开发的新型二维材料，包括石墨烯及其相关化合物，在二维尺寸下，电荷传输效率远高于硅；而这正是该技术未来的发展方向。这些新材料中的电子移动速度远超硅，从而实现超低功耗计算并减少热量浪费。它们也非常适合微型化、三维堆叠以及量子和神经形态系统等新型计算架构。

诺丁汉大学物理学教授兼项目副负责人Amalia Patanè表示：“我们对我们研究的潜在影响以及该项目涵盖计算建模、材料合成、器件制造和工业应用的全面方法感到兴奋。二维半导体的行为方式与体（三维）半导体截然不同，其独特的电子特性可以在原子尺度上产生全新的效应。我们将推进二维半导体的精密工程，突破我们创造、探测和利用的极限。”

格拉斯哥大学先进半导体教授戴维·莫兰评论道： “这是一个真正令人兴奋的项目，它将利用格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特纳米制造中心的先进半导体制造和原型制作能力，以及玛丽女王学院和诺丁汉大学的互补能力，开发真正的下一代低功耗电子设备和系统。” 

伦敦玛丽女王大学、诺丁汉大学和格拉斯哥大学是全球公认的二维材料和半导体研究领域的领导者，拥有世界一流的团队，在合成、表征和器件集成方面取得了突破性进展。Colin Humphreys 还通过其公司 Paragraf 展示了石墨烯在工业规模上的潜力。这个新项目以这些成功经验为基础，从基础科学到原型器件，旨在制造由新型二维材料制成的晶体管等复杂半导体器件。

英国已经拥有欧洲最大的数据中心市场，伦敦是其中心枢纽。用低功耗二维晶体管取代高能耗的硅芯片将有助于确保英国继续成为吸引科技投资的地方，同时证明能源转型的经济潜力。

在英国电网面临前所未有的需求的情况下，这项研究有望帮助英国实现其气候目标，同时打造一个革命性的新型微电子产业，创造就业和财富，并降低电力成本。