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成为现实。北京大学电子学院邱晨光研究员和彭练矛院士团队成功研制出一种新型“纳米栅超低功耗铁电晶体管”，它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。相关成果已在国际学术期刊《科学·进展》上发表。
这种新型晶体管用极其巧妙的设计解决了传统芯片的一大难题：电脑和手机处理器在处理数据时，存储和计算是分开的，数据在两个模块之间来回搬运，不仅费时而且费电。铁电晶体管可以实现“存算一体”，断电后信息也不会丢失。但其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将晶体管的关键部件——栅极缩小到了1纳米。这个尺寸相当于一根头发丝直径的八万分之一到十万分之一。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，电场能量会高度集中，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。邱晨光举例说：“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，使电压效率提升至125%，真正实现了超低功耗下的数据高效存储。具体来说，工作电压降至0.6伏，低于目前主流芯片的0.7伏；开关能耗比国际最好水平降低了整整一个数量级；电压效率首次突破了铁电材料的理论极限。
如果这项技术未来走向实用，搭载这种芯片的手机、可穿戴设备、自动驾驶仪和云端服务器都能用极少的电量完成大量计算和存储任务。对于正在飞速发展的AI技术来说，这更是福音。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。
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