未來，智能手機實現數周超長待機、物聯網傳感器電池續航數年、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突破加速成為現實。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”，這項被國際學術界評價為“四兩撥千斤”的創新成果，為解決芯片能耗難題開辟了全新路徑。
傳統芯片架構中，存儲與計算模塊的物理分離導致數據頻繁搬運，如同廚師烹飪時需反復往返倉庫取調料，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——既能存儲數據又可進行計算，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。實驗數據顯示，僅需施加0.6伏微小電壓即可精準操控晶體管開關，較主流芯片0.7伏工作電壓降低14%，開關能耗較國際最優水平下降一個數量級，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。”邱晨光形象比喻道。通過重構晶體管物理結構，團隊成功破解了傳統鐵電器件“高能耗”與“高性能”不可兼得的矛盾。該成果已發表于國際權威期刊《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”。
這項技術對產業界的潛在影響正在顯現。團隊首席科學家彭練矛教授透露，采用該晶體管的芯片可使移動終端、自動駕駛系統、云端服務器等設備在極低功耗下完成海量計算任務。特別對于能耗巨大的AI大模型訓練而言，這種“尺寸越小越省電”的特性，為突破算力提升的能耗瓶頸提供了關鍵解決方案。目前，研究團隊正與多家半導體企業推進技術轉化，預計3-5年內實現商用落地。
