未来智能手机实现超长待机、物联网传感器电池续航数年、可穿戴设备无需频繁充电——这些关于低功耗电子产品的美好愿景，正因一项关键突破而加速照进现实。
北京大学电子学院邱晨光研究员—彭练矛院士团队，带来一项“四两拨千斤”的硬核突破——成功研制出一种新型 “纳米栅超低功耗铁电晶体管” 。它就像一个能量消耗极低的 “记忆开关” ，为解决芯片高能耗问题找到了新路径。相关成果日前在线发表于国际学术期刊《科学·进展》。
它牛在哪？
“简单说，它用一个极其巧妙的设计，打破了传统芯片的一大难题：电脑和手机处理器（CPU）在处理数据时，存储和计算是分开的，数据在两个模块之间来回搬运，不仅费时，也很费电。就像厨师做菜时，每放一次调料都得跑回仓库拿，时间和体力都浪费了。”邱晨光说，铁电晶体管被寄予厚望，就是因为它能 “存算一体”（既是仓库又是灶台），断电了信息也不会丢。但它的致命短板是操作电压太高，导致功耗巨大，难以实际应用。
研究团队的突破在于，他们把晶体管的关键部件——栅极，缩小到了1纳米。
这是什么概念？一根头发丝的直径大约是8万至10万纳米。
在这个原子级别尺度上，他们造出了一个极细的“电场探针”。通电后，电场能量会像水流汇聚到针尖一样高度集中。结果就是，只需施加0.6伏的微小电压，就能轻松拨动这个“开关”，完成数据存储。邱晨光举例：“就像用一根极细的针把力量集中在一点，轻松撬动了原本需要大力气才能搬动的重物。”
“这种设计打破了传统铁电晶体管的物理限制，让电压效率提升至125%，真正实现了超低功耗下的数据高效存储。”
这组数据意味着什么？
电压更低：0.6伏的工作电压，低于现在主流芯片的0.7伏。
能耗骤降：开关能耗比国际最好水平降低了整整一个数量级。
效率突破：电压效率首次突破了铁电材料的理论极限。
这项技术有什么用？
“如果未来走向实用，搭载这种芯片的手机、可穿戴设备、自动驾驶仪、云端服务器，都能用极少的电量完成大量计算和存储任务。”彭练矛说，对于正在飞速发展的AI技术来说，这更是一剂良药。如今的大模型和芯片都是“电老虎”，能耗已成为继续提升算力的最大阻碍。而这种“越小越省电、越小越好用”的新器件，为突破这堵墙打开了一扇新的大门。
编辑： 柯亚琴【来源：光明日报】
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