面向核事故救援、核戰(zhàn)場(chǎng)和外太空等極端苛刻的應(yīng)用場(chǎng)景，現(xiàn)有的電子邏輯和存儲(chǔ)器件的耐用性面臨著巨大的挑戰(zhàn)，尤其是針對(duì)其耐輻射和耐高溫方面具有極大的需求。對(duì)于傳統(tǒng)的晶硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件（Field-Effect-Transistor, FET）來說，其柵極電介質(zhì)易因積累輻射損傷或高溫(＞250 ℃)而產(chǎn)生熱載流子擊穿而導(dǎo)致性能下降甚至失效。相對(duì)而言，完全依靠機(jī)械控制開關(guān)狀態(tài)的納機(jī)電(Nano-Electro-Mechanical, NEM)開關(guān)則相對(duì)不受高溫和強(qiáng)輻射的影響，在諸多惡劣環(huán)境下具有優(yōu)異的魯棒性，此外，還具有準(zhǔn)零漏電流、極低的亞閾值擺幅和極高的電流開關(guān)比等優(yōu)勢(shì)。使其成為具有代替?zhèn)鹘y(tǒng)FET器件的理想選擇之一。

然而，傳統(tǒng)的靜電驅(qū)動(dòng)的MEM開關(guān)通常需要在較高的工作電壓下進(jìn)行工作（＞10 V），因此，如何降低NEM開關(guān)器件的工作電壓逐漸受到越來越多的關(guān)注。針對(duì)于靜電驅(qū)動(dòng)方案，主要的措施是縮減氣隙間距，而根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果， 5 V以下的電壓則必須匹配＜ 30 nm的致動(dòng)氣隙。而這對(duì)于微加工工藝而言無疑是十分苛刻的條件，對(duì)于平面開關(guān)結(jié)構(gòu)，制造極窄的氣隙需要借助復(fù)雜且昂貴的高精度光刻技術(shù)（如電子束光刻、極紫外光刻等）和精密的刻蝕條件。另一種解決方案則是采用平面外開關(guān)結(jié)構(gòu)，利用犧牲層刻蝕方案制造出僅4 nm的平面外極窄氣隙，從而實(shí)現(xiàn)低于1 V的工作電壓。然而，極窄的氣隙也大大降低了懸臂的彈性勢(shì)能，從而出現(xiàn)懸臂無法克服范德華力有效分離回彈的不可逆開關(guān)失效的問題。

為了應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，南京大學(xué)余林蔚教授團(tuán)隊(duì)提出了一種新型的洛倫茲力驅(qū)動(dòng)的雙向驅(qū)動(dòng)平面外結(jié)構(gòu)NEM開關(guān)。其由一體成型的單根形貌編程的硅納米線（Silicon Nanowire， SiNW）構(gòu)成，該SiNW通過余林蔚課題組自主創(chuàng)新的平面內(nèi)固-液-固 (In-plane solid-liquid-solid, IPSLS) 方法生長(zhǎng)。懸空的納米線懸臂在矢量洛倫茲力驅(qū)動(dòng)下，可以迅速向下彎曲以接觸底部電極使開關(guān)導(dǎo)通，也可以向上彎曲從而關(guān)斷器件。這種可雙向驅(qū)動(dòng)的洛倫茲力可以有效地克服納米線和電極之間的范德華力。這種策略不僅實(shí)現(xiàn)了低于0.2 V的超低工作電壓，還使用微米級(jí)的氣隙來確保器件關(guān)斷狀態(tài)的穩(wěn)定性。此設(shè)計(jì)策略將為構(gòu)建在惡劣環(huán)境下運(yùn)行的高性能納機(jī)電邏輯器件提供有利條件。