博士生领衔破解电子摩擦能耗瓶颈!郑泉水院士团队最新成果登《Physical Review X》期刊

来源:清力技术 2026-03-26

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电子摩擦:被忽视的能耗黑洞,

正在限制下一代电子器件性能!

 
 

在迈向超低功耗电子器件与高可靠微系统的过程中,一个长期被忽视的“隐形损耗源”正逐渐浮出水面——电子摩擦

在传统认知中,摩擦主要源于晶格振动(声子),而随着自超滑技术的发展,声子摩擦已被压制至接近极限。然而,在看似“零摩擦”的界面中,电子激发带来的能量耗散仍然存在,甚至可能成为主导机制。这意味着——

<器件仍在“悄悄发热”>

<能效仍存在理论上限>

<电学稳定性受到内在制约>

 
 

对于深圳清力技术有限公司(简称“清力公司”)而言,这个问题尤为关键。在公司正在推进的自超滑微特电机、自超滑微动发电机、自超滑射频开关及其他自超滑器件研发中,这种损耗将直接影响:功耗与热管理、接触电阻稳定性 、器件寿命与可靠性。

 

 

 

核心突破:消除电子摩擦

 

 
 
 
 

中国科学院院士、清华大学教授、清力公司创始人及首席科学家郑泉水团队近日在《Physical Review X》发表重要研究成果,基于自超滑van der Waals界面构建可滑动器件平台,首次实现电子摩擦与声子摩擦的分离及器件层面的独立调控。研究发现,在石墨/MoS2异质结中,界面形成Schottky接触并产生耗尽层,其在滑动过程中不断重构,驱动载流子非平衡迁移,将机械能转化为Joule热耗散,揭示了电子摩擦的物理起源。

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器件层面的电子摩擦操控。左:自超滑运动界面器件电子摩擦的三种调控方式:压力、偏压与栅压。右:电子摩擦与耗尽层内的电荷密度相关,且可在压力、偏压超过阈值时被消除(van der Waals能隙被关闭)。

进一步研究表明,通过栅压调控耗尽层载流子密度,可连续调节电子摩擦强度;而当界面压强或偏压超过阈值时,van der Waals能隙关闭、极化效应消失,电子摩擦通道被有效“消除”。该耗散机制在金属型(石墨/石墨)与绝缘型(石墨/h-BN)界面中均不存在,明确了金属/半导体接触中耗尽层主导的能量耗散路径。理论分析进一步揭示,由于器件运动、耗尽层重构与电子激发存在显著时间尺度分离,该电子摩擦机制可被精确建模与调控。该研究不仅为界面电子耗散机制提供了关键认知,也为发展高能效、长寿命的可重构微电子器件提供了重要物理基础。

论文的第一作者为清华大学与浙江大学联合培养博士生于昭宽,通讯作者为清华大学航天航空学院、微纳米力学与多学科交叉创新研究中心的徐志平教授和清华大学深圳国际研究生院材料学院双螺旋中心的郑泉水教授。研究工作得到了国家自然科学基金委员会和深圳市科技计划等项目的资助。

 

 

 

三大战略意义,赋能清力产业化

 

 
 
 
 
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推动可重构范德华电子器件发展

电子摩擦的引入,使界面从“静态连接”转变为“动态可调耦合单元”。通过滑动过程中的界面重构,可在同一物理结构中实现接触状态、能带结构与输运特性的实时切换,打破传统器件依赖固定结构实现功能的设计范式。该机制为基于van der Waals界面的可重构电子器件提供了全新的实现路径,推动器件从“结构定义功能”向“界面状态定义功能”转变。

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开启“可编程界面能耗”新时代

通过力、电多场耦合调控界面状态:摩擦与导电不再是被动结果,而是“可设计参数”

未来有望实现:可重构电子器件、机械调控逻辑单元、自适应智能界面系统。

 

这对市场意味着什么?

 

 
 
 
 

 

能效飞跃: 通过电压、压力精准调控,可彻底“关闭”电子摩擦通道。这意味着未来的微纳器件能耗将大幅降低,电池续航更久,发热更少。

 

寿命倍增: 解决了微观尺度下的磨损难题,器件在长周期运行中依然保持“零磨损”状态,极大提升设备可靠性与维护周期。

 

定制化设计: 首次揭示电子摩擦源于“耗尽层重构”,为芯片设计者提供了全新的自由度——像设计电路一样设计摩擦特性,打造专为高能效场景定制的微系统。

 

 

 

清力公司的应用愿景:

作为自超滑技术的先行者,清力公司正紧密对接这一前沿突破,致力于将实验室的“可控零摩擦”转化为产业界的核心竞争力:

 

·下一代微机电系统 (MEMS/NEMS):

打造无磨损、高精度的微型传感器与执行器。

·高密度存储与计算芯片:

降低运动部件能耗,突破散热瓶颈。

·精密仪器与航天器件:

在极端环境下实现超长寿命稳定运行。

 

清力公司将持续推动此类前沿成果的产业化落地,积极布局相关技术专利,并寻求与半导体、热管理及先进制造企业的深度合作。我们坚信,通过产学研协同创新,能够加速超滑界面、低维材料与智能制造的技术突破,共同探索无限可能。

 

 
未来已来,唯变不破。

从“抑制摩擦”到“操控摩擦”,我们不仅是在优化材料,更是在重新定义能量流动的法则。清力公司将继续携手顶尖科研团队,推动自超滑技术从理论走向量产,赋能千行百业,共创绿色、高效、持久的智能硬件新时代!

 

【论文链接】

https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/jlc2-qmr1

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于昭宽,论文一作,深圳零一学院首位学生,清华大学与浙江大学联合培养博士生。个人的研究兴趣在于自超滑可重构电子器件,博士生期间的工作正在陆续产出——前期围绕器件层面原位压力调控与摩擦展开系统性研究,相关工作先后发表至Nano Letters和PRL。2021年在浙江大学获得理学学士学位,入选中国科协青年人才托举工程博士生专项计划。

 

合作咨询:欢迎联系清力公司市场部(marketing@frictionx.tech)

 

 

 

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