后摩尔时代半导体技术迫切需要发展能够突破硅器件性能瓶颈的新材料、新结构和新器件。黑磷因兼具本征带隙与高载流子迁移率，成为下一代低功耗逻辑器件的理想候选材料。为满足逻辑应用的要求，黑磷通常需要有一个大于0.5 eV 的带隙，这理论上要求有一个不超过五层的二维黑磷厚度。然而，制备少层、大面积的二维黑磷具有高的挑战性。一种替代方案是使用一维的窄型黑磷纳米带，其由于量子限域效应和边缘效应可具有可观的、在宽的范围内可调的带隙。而且，黑磷纳米带可具有相比于二维黑磷更优的电学、光学性能，其特性可通过宽度和边缘态、外部应力和场强等被有效调控。然而，目前高效制备光滑边缘的、洁净的窄黑磷纳米带的方法仍缺乏。如何高效地制备尺寸与结构可精确控制的高质量黑磷纳米带亟待解决。

黑磷纳米带集成电路应用的设想图（来源：陈长鑫团队）

上海交通大学集成电路学院陈长鑫教授研究团队首次采用一种声化学剥离方法高效制得了高质量的、边缘近原子级光滑且取向明确的窄黑磷纳米带。在研究中，采用特定合成方法在制备的块体黑磷中引入了沿扶手椅方向的预应力，使其沿垂直于扶手椅型方向的晶面相比于其它晶面更容易被解链开。基于此，设计使用合适的超声条件对合成的块体黑磷晶体进行声化学剥离，制得锯齿型边缘的一维黑磷纳米带。制得的黑磷纳米带宽度集中在32 nm，最窄可达1.5 nm、是迄今为止报道的最小值。研究发现，黑磷纳米带的带隙随宽度减小而增大，带隙值从83 nm时的0.28 eV逐渐上升至13 nm时的0.64 eV。使用石墨烯作为接触材料的黑磷纳米带场效应晶体管可实现1.7×106的开关比和1506 cm2 V-1 s-1的迁移率，该综合性能在已报道的基于黑磷纳米带和二维黑磷的场效应晶体管中最高。器件高的开关比是由于黑磷纳米带的窄的宽度和锯齿型边缘导致的大的带隙，而高的迁移率被归因于纳米带近原子级光滑的边缘对电子散射的有效抑制和低的石墨烯/纳米带接触电阻。这种器件也可被用作光电探测器，器件实现了11.2 A/W的高响应度和1.1×1011 cm Hz1/2 W-1的比探测率，优于绝大多数已报道的基于一维、二维以及它们的复合材料的近红外探测器。高的光电转换性能被归因于黑磷纳米带带隙与被测光子能量的匹配及其大的比表面积。

相关论文以“High-quality narrow black phosphorus nanoribbons with nearly atomically smooth edges and well-defined edge orientation”（具有近原子级光滑边缘和明确边缘取向的高质量窄黑磷纳米带）为题，发表在国际权威期刊《Nature Materials》上。同时，该工作也被《Nature Materials》期刊选为突出科研成果，以“Black phosphorus nanoribbons for high-performance transistors and photodetectors”（黑磷纳米带用作高性能晶体管和光电探测器）为题在“Research Briefing”栏目专题报道。

该研究工作也被《Nature Electronics》、《Nature Reviews Electrical Engineering》期刊选为“Research Highlight”专题报道，并被国际著名科技网Phys.org、MIT Technology Review、人民日报、国家自然科学基金委官网、上海交通大学主页（作为首页大图焦点新闻）等媒体系列报道。

该研究为制备高质量、边缘手性明确的黑磷纳米带开辟了一条新的途径，揭示了块体黑磷原料晶格预应力与黑磷纳米带形成之间的内在关系，为后摩尔时代先进集成电路提供了兼具可调带隙和高迁移率的有前景的沟道候选材料。制得黑磷纳米带在5 nm及以下节点晶体管、先进CMOS器件等下一代集成电路中拥有大的应用潜力。石墨烯接触的采用也支撑了电路层面的优势，为黑磷纳米带的规模化集成提供了方案。这种黑磷纳米带制备方法有望被拓展至其他各向异性层状材料用于制备纳米带。