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哈嘍，我是小玖。

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今天要和大家探討一項(xiàng)令人震撼的科技飛躍。

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我國(guó)科研人員成功研發(fā)出一種在“極限高壓”環(huán)境中不僅不崩潰，反而愈發(fā)智能的“自適應(yīng)芯片”。

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一旦部署于萬(wàn)米深?；虻貧ど顚?，它非但不會(huì)被極端壓力摧毀，還能以更高效率完成復(fù)雜數(shù)據(jù)運(yùn)算。

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這并非電影中的幻想橋段，而是真實(shí)發(fā)表于權(quán)威期刊的研究成果。

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傳統(tǒng)芯片扛不住，數(shù)據(jù)傳輸卡脖子

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在深入了解這項(xiàng)顛覆性技術(shù)前，小玖先帶大家理清為何必須開(kāi)發(fā)這種能抗住超高壓的智能元件。

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隨著人類(lèi)對(duì)地球未知區(qū)域的探索不斷深入，深海探測(cè)與地殼鉆探任務(wù)日益頻繁，而這些極端環(huán)境對(duì)電子系統(tǒng)而言，幾乎等同于“毀滅禁區(qū)”。

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以馬里亞納海溝底部為例，那里的靜水壓力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的近一千倍；而在地下數(shù)十公里深處，壓強(qiáng)更可飆升至15.1 GPa。

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相當(dāng)于十五萬(wàn)倍標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，普通半導(dǎo)體器件進(jìn)入該環(huán)境，瞬間就會(huì)因結(jié)構(gòu)崩解而失效。

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但比起物理?yè)p毀，更大的挑戰(zhàn)來(lái)自“算力瓶頸”。

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無(wú)論是深海載具進(jìn)行地形測(cè)繪、識(shí)別生物信號(hào)，還是地下傳感裝置捕捉地震波、分析巖石成分，都需要即時(shí)處理龐大的視覺(jué)與傳感器信息流。

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有人或許會(huì)問(wèn)：為什么不把原始數(shù)據(jù)傳回地面再處理？聽(tīng)起來(lái)合理，實(shí)則難以實(shí)現(xiàn)。

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深海與地下通信信道極為狹窄，大量數(shù)據(jù)上傳不僅延遲嚴(yán)重，還會(huì)消耗巨大能量。而這些設(shè)備本身體積受限、供電緊張，根本無(wú)法支撐高帶寬傳輸。

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因此，一個(gè)迫切需求浮出水面：必須讓計(jì)算能力下沉到現(xiàn)場(chǎng)，在極端條件下實(shí)現(xiàn)本地化智能處理。

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而這正是當(dāng)前技術(shù)鏈條中最薄弱的一環(huán)。目前針對(duì)惡劣環(huán)境電子器件的研究，主要集中于耐高溫、抗輻射方向，專(zhuān)為超高壓力設(shè)計(jì)的智能計(jì)算單元鳳毛麟角。

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因?yàn)樵谑迦f(wàn)倍大氣壓下，別說(shuō)維持正常運(yùn)行，連保持基本形態(tài)都極為困難。正因如此，李順心團(tuán)隊(duì)的突破才顯得尤為珍貴。

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他們不僅攻克了“存活”難題，還實(shí)現(xiàn)了“進(jìn)化”——讓芯片在壓迫中變得更強(qiáng)大。

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壓力越大，芯片越“聰明”

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不少人可能好奇，這塊“逆境成長(zhǎng)型芯片”究竟靠什么實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)？

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答案隱藏在一種名為二氧化釩的功能材料之中。

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據(jù)小玖查閱資料，二氧化釩在類(lèi)腦器件領(lǐng)域早有應(yīng)用潛力，其最大特性是可在絕緣態(tài)與導(dǎo)電態(tài)之間快速切換。

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這一屬性非常適合模擬神經(jīng)突觸的記憶與學(xué)習(xí)行為，也正是構(gòu)建人工大腦的關(guān)鍵要素。

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然而過(guò)往研究多聚焦于常壓或低壓狀態(tài)下的性能表現(xiàn)，極少有人探究其在極端高壓下的響應(yīng)機(jī)制。

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李順心團(tuán)隊(duì)的獨(dú)到之處，正是首次揭示了二氧化釩在高壓條件下的“相變規(guī)律”。

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他們所采用的樣品在常溫常壓下呈現(xiàn)穩(wěn)定的M1相晶體結(jié)構(gòu)，當(dāng)外界壓力升至15.1 GPa以上時(shí)，便會(huì)自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)镸1'相，伴隨電子能帶結(jié)構(gòu)與光學(xué)響應(yīng)的顯著改變。

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更重要的是，這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變引發(fā)了主導(dǎo)機(jī)制的根本轉(zhuǎn)換。

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原本控制絕緣-金屬相變的Peierls機(jī)制（源于晶格畸變）在高壓下受到抑制，取而代之的是由電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)驅(qū)動(dòng)的Mott機(jī)制成為主導(dǎo)力量。

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這一機(jī)制遷移帶來(lái)了驚人效果：芯片對(duì)光信號(hào)的敏感度急劇提升，學(xué)習(xí)效率隨之增強(qiáng)。

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實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，其配對(duì)脈沖易化指數(shù)從常壓下的109.6%躍遷至高壓環(huán)境中的155.4%，表明該人工突觸在極端壓力下反而變得更加靈敏與高效。

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小玖認(rèn)為這一點(diǎn)極具顛覆性——我們通常認(rèn)為惡劣環(huán)境只會(huì)削弱設(shè)備性能，而這項(xiàng)研究卻將壓力轉(zhuǎn)化為“激活因子”，這種反直覺(jué)的現(xiàn)象，恰恰體現(xiàn)了新材料科學(xué)的巨大潛能。

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尤為突出的是，該芯片具備極高的工程實(shí)用性。

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研究人員將其應(yīng)用于手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別任務(wù)中，準(zhǔn)確率高達(dá)97%，媲美常規(guī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的表現(xiàn)，證明其在極端條件下仍保有完整的認(rèn)知推理能力。

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此外，它還能獨(dú)立完成彩色圖像的噪聲過(guò)濾與內(nèi)容重構(gòu)，這類(lèi)任務(wù)以往需依賴(lài)多模塊協(xié)同運(yùn)算，而此芯片通過(guò)單一器件集成感知、存儲(chǔ)與計(jì)算功能，極大簡(jiǎn)化了整體系統(tǒng)架構(gòu)。

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這項(xiàng)研究的意義遠(yuǎn)不止于一個(gè)單項(xiàng)技術(shù)突破。

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它驗(yàn)證了“材料即算法”的前沿理念：不再簡(jiǎn)單復(fù)制傳統(tǒng)馮·諾依曼架構(gòu)，而是借助材料本征物理特性直接參與信息處理過(guò)程。

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這種融合物質(zhì)屬性與計(jì)算邏輯的新范式，或許正是未來(lái)類(lèi)腦芯片超越經(jīng)典硅基系統(tǒng)的決勝之道！

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信息來(lái)源

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中國(guó)科學(xué)報(bào) 2025/12/28 極端環(huán)境電子器件研究取得新進(jìn)展

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澎湃新聞·2025-10-20 14:48芯片研究取得重要突破！祝賀我國(guó)高校科研團(tuán)隊(duì)

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吉林大學(xué)物理學(xué)院2025-10-28李順心等人開(kāi)發(fā)出高壓下穩(wěn)定高效的紫外光電探測(cè)器