未來，智能手機實現(xiàn)數(shù)周超長待機、物聯(lián)網(wǎng)傳感器電池續(xù)航數(shù)年、可穿戴設備告別頻繁充電，這些曾被視為科幻場景的愿景，正隨著一項顛覆性技術(shù)突破加速成為現(xiàn)實。北京大學電子學院科研團隊近日宣布，成功研制出全球首款“納米柵超低功耗鐵電晶體管”，這項被國際學術(shù)界評價為“四兩撥千斤”的創(chuàng)新成果，為解決芯片能耗難題開辟了全新路徑。

傳統(tǒng)芯片架構(gòu)中，存儲與計算模塊的物理分離導致數(shù)據(jù)頻繁搬運，如同廚師烹飪時需反復往返倉庫取調(diào)料，既浪費時間又消耗能量。研究團隊負責人邱晨光研究員指出，鐵電晶體管雖具備“存算一體”特性——既能存儲數(shù)據(jù)又可進行計算，且斷電后信息不丟失，但其高操作電壓導致的巨大功耗始終制約著實際應用。此次突破的關(guān)鍵在于，團隊將晶體管核心部件柵極尺寸壓縮至1納米級別。

這個尺寸相當于將頭發(fā)絲直徑（約8萬至10萬納米）縮小十萬倍。在原子級精度的操控下，科研人員構(gòu)建出極細的“電場探針”，使通電時電場能量如水流匯聚針尖般高度集中。實驗數(shù)據(jù)顯示，僅需施加0.6伏微小電壓即可精準操控晶體管開關(guān)，較主流芯片0.7伏工作電壓降低14%，開關(guān)能耗較國際最優(yōu)水平下降一個數(shù)量級，電壓效率突破鐵電材料理論極限達125%。

“這相當于用繡花針撬動巨石?！鼻癯抗庑蜗蟊扔鞯馈Ｍㄟ^重構(gòu)晶體管物理結(jié)構(gòu)，團隊成功破解了傳統(tǒng)鐵電器件“高能耗”與“高性能”不可兼得的矛盾。該成果已發(fā)表于國際權(quán)威期刊《科學·進展》，審稿人評價其“重新定義了低功耗電子器件的可能性邊界”。