作者：刘田宇 来源：高分子科学前沿
美国斯坦福大学崔屹教授是新能源应用和纳米材料领域的领军人物。年仅四十余岁的他，已发表逾400篇高水平论文。据Google Scholar，截至本文撰写时，他发表的文章总被引次数达18万+，h-因子为203。他的课题组培养了超过60名博士和博士后，其中40多位已成为教授。此外，崔屹教授还担任Nano Letters期刊副主编、美国加州湾区光伏联盟联合主任，创建了生产硅负极高能锂电池的Amprius公司和生产雾霾过滤产品的4C Air公司。可谓学术、商业双开花。
崔屹教授的过人锋芒早在博士师从哈佛大学纳米材料大咖Charles M. Lieber教授的博士期间就已显露。博士期间他发表了5篇Nature和Science顶刊论文，其中2篇一作，目前引用量均已上千，有的甚至高于5000次。这些论文的内容是什么？涉及什么领域？有何重大意义？本文就带读者们简读这些论文，品味牛人早期的科研成果。
[1]基于硅纳米线的纳米电子元件（第一作者）
内容简介：2001年2月发表在Science上的这篇论文报道了单晶硅纳米线组装的三种电子元件：二极管、晶体管和逆变器。作者们利用激光辅助催化法生长单晶硅纳米线，并通过磷及硼掺杂分别制出n型和p型硅纳米线。当单根p型纳米线与n型纳米线接触在一点时，它们的接触点将形成一个接触式p-n结（图1A），展现出单向导电性（图1B）。因此，这两根相互交错的硅纳米线就形成了一个二极管。另外，通过调整接触点数量及连接方式，作者们利用硅纳米线还组装了单个纳米晶体管或纳米逆变器。
图1. 由硅纳米线搭建的p-n结二极管。（A）标尺：2 m；（B）中电流信号被人为放大了10倍。图源：Science。
工作意义：本文出现之前，组装纳米电子元件的原料多是碳纳米管。然而，碳纳米管在合成时无法精准控制电学性质（如半导体态vs.导体态），限制了其应用可行性和便捷性。硅纳米线则不同，Lieber组在2000年已实现选择性合成具有不同掺杂类型的硅纳米线，为本文的开创性成果奠定了基础。利用纳米线搭建电子元件为设计、制造微型电路和电子产品提供了全新机遇。
参考文献：
Y. Cui and C. M. Lieber, "FunctionalNanoscale Electronic Devices Assembled Using Silicon Nanowire BuildingBlocks" Science 291, 851-853 (2001).他引：4015
https://science.sciencemag.org/content/291/5505/851.abstract
[2]硼掺杂硅纳米线生物探针（第一作者）
内容简介：2001年8月发表在Science上的这篇论文继续拓展了单晶硅纳米线的应用——从电子元件转移到了生物和化学物质检测领域。具体地，作者们观察到表面有氨基的硼掺杂硅纳米线在pH=2-10之间自身电导率与pH值大小呈良好的线性关系。因此，该硅纳米线可作为一种质子检测器。这种线性响应行为的原理与纳米线表面电荷密度随pH变化有关。此外，表面上附着了生物素的纳米线可作为探测链霉亲和素（一种蛋白质）和Ca2+的感应装置。
图2. 基于氨基表面修饰的硅纳米线pH感应器。图源：Science。
工作意义：硅纳米线表面的本征氧化层为其表面功能化提供了可能。这项特点是其他一维导电材料，如碳纳米管，所不具备的（至少在保证高电导率的前提下）。因此，本工作首次展示了硅纳米线的多样性在检测分析领域中的应用，达到了一物数用的效果。
参考文献：
Y. Cui, Q. Wei, H. Park and C. M. Lieber,"Nanowire Nanosensors for Highly-Sensitive, Selective and IntegratedDetection of Biological and Chemical Species" Science 293,1289-1292 (2001).他引：6986
https://science.sciencemag.org/content/293/5533/1289
[3]磷化铟纳米线的合成与光、电学应用（共同作者）
内容简介：在单晶硅纳米线电子元件一文发表后的近一个月以前，同组发表了本篇涉及InP纳米线的制备和应用的文章。激光辅助生长法制备的InP纳米线可通过Zn或Te掺杂分别形成p型和n型半导体。这些纳米线长度达数十微米，直径仅10 nm。两根n型和p型InP纳米线交叉重叠形成基于p-n结的二极管和场效应晶体管。此外，作者们还发现p-n结在2.5 V电压下能发出波峰在680 nm或820 nm的耀眼光，可能是当时最小的发光二极管了。
工作意义：本工作属于本文介绍的第一篇工作的“加强版”，完整记录了InP纳米线的合成、表征与应用。本工作的立意与硅纳米线有相似之处，但内容更加完善，器件性能更加优异，并包含了之前未有报道的InP纳米线光电性质。考虑到两篇文章见刊时间非常接近，笔者推测它们应是同一时间段成文并投稿的。
参考文献：
X. Duan, Y. Huang, Y. Cui, J. Wang and C. M.Lieber, "Indium Phosphide Nanowires as Building Blocks for NanoscaleElectronic and Optoelectronic Devices" Nature 409, 66-69 (2001).他引：4122
https://www.nature.com/articles/35051047/
[4]磷化铟纳米线的光学性质研究（共同作者）
内容简介：本篇工作探究了InP纳米线（图3A）光致发光性质的机理。实验结果表明InP的发光行为具有各向异性：当激发光的偏振方向与纳米线平行时，InP纳米线荧光强度大（图3B）；而当激发光的偏振方向与纳米线垂直时，InP纳米线几乎不发光（图3C）。造成这种各向异性的原因是纳米线和周围基底的介电常数差异，而不是量子限域作用（quantumconfinement effect）。
图3. InP纳米线形貌及其各向异性的光致发光行为。标尺：（A）5 m；（B及C）3 m。图源：Science。
工作意义：本工作属于标准的机理探究工作，并且研究对象还是同组当时刚发表不久的InP纳米线。InP纳米线各向异性的光学行为不仅是第一次被报道，而且可用于制造感应偏正光的纳米光感元件、光开关或高分辨光探测器等。材料新+性质新+探究完备，可能这就是本工作能发Science的因素吧。
参考文献：
J. Wang, M. K. Gudiksen, X. Duan, Y. Cui and C.M. Lieber, "Highly Polarized Photoluminescence and Polarization-SensitivePhotodetectors from Single Indium Phosphide Nanowires" Science 293,1455-1457 (2001).他引：2035
https://science.sciencemag.org/content/293/5534/1455.abstract
[5]基于半导体纳米线的逻辑电路（共同作者）
内容简介：以p型硅纳米线和n型GaN纳米线为构建基元，通过溶液法搭建了基于二者的p-n结，并将它们整合在逻辑电路中，形成或门电路（图4A-C）、与门电路（图4D-F）、或非门电路（图4G-I），实现了简单的逻辑运算。
图4. 由p-Si和n-GaN纳米线构建的逻辑电路。标尺：（A、D、G）1 m。图源：Science。
工作意义：本篇工作可谓Lieber组纳米线电子元件工作的集大成者之一。前面介绍的有关电子元件的工作侧重在单独元件，而本篇工作首次将纳米线结电子元件整合为了逻辑电路，并实现了简单的逻辑运算功能，极大地拓展了半导体纳米线的应用。
参考文献：
Y. Huang, X. Duan, Y. Cui, L. J. Lauhon, K. Kimand C. M. Lieber, "Logic Gates and Computation from Assembled NanowireBuilding Blocks" Science, 294, 1313-1317 (2001)他引：2775
https://science.sciencemag.org/content/294/5545/1313.abstract
博士研究生是决定人以后成就高低的一个分水岭。博士做得好了，很可能会决定你以后做得非常好。西方有一句谚语，那就是：优秀是一种习惯。你博士做得很出色，然后你就会一直做得好。
来源：高分子科学前沿
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