近日，北京大學(xué)電子學(xué)院邱晨光研究員與彭練矛院士團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)·進(jìn)展》期刊上宣布了一項(xiàng)具有里程碑意義的科技突破。他們成功將鐵電晶體管的物理柵長(zhǎng)縮減至1納米極限，并大幅降低了能耗。這一成就不僅標(biāo)志著中國(guó)在芯片核心器件研發(fā)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，也為全球AI芯片的發(fā)展開(kāi)辟了新路徑。

鐵電晶體管作為下一代半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵候選者，以其非易失性存儲(chǔ)和低功耗特性備受關(guān)注。然而，傳統(tǒng)鐵電晶體管長(zhǎng)期面臨能耗過(guò)高、邏輯電壓不匹配等技術(shù)瓶頸，限制了其在大規(guī)模集成電路中的應(yīng)用。北京大學(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò)創(chuàng)新的納米柵極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，巧妙解決了鐵電材料極化狀態(tài)改變所需的高電壓?jiǎn)栴}，將能耗比國(guó)際最好水平降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

這項(xiàng)突破的核心在于，團(tuán)隊(duì)利用原子級(jí)精度的制備工藝，在極小的尺寸下實(shí)現(xiàn)了鐵電性的穩(wěn)定控制，使得晶體管在工作電壓降至超低水平的同時(shí)，保持了高效的開(kāi)關(guān)性能和可靠性。

具體而言，該技術(shù)通過(guò)優(yōu)化柵極與鐵電層的界面工程，減少了電荷陷阱和漏電流，從而提升了器件的能效比。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，這種新型鐵電晶體管在1納米柵長(zhǎng)下，功耗僅為傳統(tǒng)器件的十分之一，且響應(yīng)速度更快，適用于高密度集成。

這不僅為構(gòu)建高能效數(shù)據(jù)中心提供了核心器件方案，還為下一代人工智能芯片的算力提升奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。在當(dāng)前全球芯片競(jìng)爭(zhēng)白熱化的背景下，北京大學(xué)的這一成果凸顯了中國(guó)在基礎(chǔ)研究和前沿創(chuàng)新中的實(shí)力，有望推動(dòng)AI、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的革命性進(jìn)展。

北京大學(xué)能夠?qū)崿F(xiàn)這一芯片領(lǐng)域的重大突破，背后蘊(yùn)含多重奧秘，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，深厚的學(xué)術(shù)積淀與跨學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新。

北京大學(xué)電子學(xué)院在半導(dǎo)體材料和器件研究方面擁有長(zhǎng)期積累，彭練矛院士團(tuán)隊(duì)在碳納米管和低維電子器件領(lǐng)域享有國(guó)際聲譽(yù)。此次突破融合了材料科學(xué)、微電子學(xué)、物理學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，團(tuán)隊(duì)通過(guò)跨領(lǐng)域合作，將基礎(chǔ)理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。

例如，納米柵極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要精確的原子層沉積技術(shù)和界面調(diào)控能力，這得益于團(tuán)隊(duì)在納米科技與量子工程方面的前沿探索。這種“理論-實(shí)驗(yàn)-應(yīng)用”一體化的研究模式，使得團(tuán)隊(duì)能夠快速迭代技術(shù)方案，攻克關(guān)鍵難題。

第二，前瞻性的戰(zhàn)略布局與持續(xù)的資源投入。

在國(guó)家“芯片自強(qiáng)”戰(zhàn)略的推動(dòng)下，北京大學(xué)早前就將集成電路和人工智能芯片列為重點(diǎn)發(fā)展方向，并建立了先進(jìn)的納米加工與表征平臺(tái)。團(tuán)隊(duì)獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的穩(wěn)定支持，確保了長(zhǎng)期研究的連續(xù)性。

學(xué)校鼓勵(lì)自由探索與風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)，為科研人員提供了寬松的創(chuàng)新環(huán)境。邱晨光研究員指出，這項(xiàng)突破離不開(kāi)多年來(lái)對(duì)鐵電材料基礎(chǔ)物理的深耕，以及對(duì)器件小型化極限的執(zhí)著探索。

第三，緊密的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合與國(guó)際合作視野。

團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)外芯片制造企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)保持密切合作，加速了技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)化。通過(guò)與工業(yè)界共享制造工藝數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了晶體管的可靠性和量產(chǎn)可行性。積極吸納國(guó)際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在《科學(xué)·進(jìn)展》等頂級(jí)期刊的學(xué)術(shù)交流中，不斷修正研究方向。這種開(kāi)放協(xié)同的創(chuàng)新生態(tài)，使得北京大學(xué)能夠站在全球科技前沿，快速響應(yīng)產(chǎn)業(yè)需求。

第四，青年人才的活力與團(tuán)隊(duì)精神的凝聚。

邱晨光研究員作為青年骨干，展現(xiàn)了卓越的領(lǐng)航能力，團(tuán)隊(duì)中博士生和博士后等年輕力量在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

北京大學(xué)注重培養(yǎng)具有批判性思維和動(dòng)手能力的學(xué)生，通過(guò)“導(dǎo)師制”和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)模式，激發(fā)創(chuàng)新潛能。這種“傳幫帶”的文化，確保了研究傳承與突破的可持續(xù)性。

第五，對(duì)極限挑戰(zhàn)的勇于突破與細(xì)致入微的工匠精神。

將柵長(zhǎng)縮減至1納米涉及量子隧穿效應(yīng)和熱噪聲等極端物理問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)通過(guò)數(shù)以千次的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了工藝突破。這種對(duì)細(xì)節(jié)的執(zhí)著和“十年磨一劍”的堅(jiān)持，是取得革命性成果的精神內(nèi)核。

北京大學(xué)在芯片領(lǐng)域的突破，為未來(lái)高考生的專業(yè)選擇提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)借鑒，主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：

其一，關(guān)注國(guó)家戰(zhàn)略與科技前沿，選擇具有長(zhǎng)遠(yuǎn)價(jià)值的領(lǐng)域。

當(dāng)前，中國(guó)正大力推動(dòng)集成電路、人工智能、量子信息等“卡脖子”技術(shù)的自主創(chuàng)新。高考生可優(yōu)先考慮電子科學(xué)與技術(shù)、微電子學(xué)、材料物理、人工智能等專業(yè)，這些領(lǐng)域不僅是國(guó)家發(fā)展的重點(diǎn)方向，也擁有廣闊的就業(yè)前景。

北京大學(xué)的案例表明，投身于關(guān)鍵核心技術(shù)研究，既能實(shí)現(xiàn)個(gè)人價(jià)值，又能貢獻(xiàn)于國(guó)家科技自立自強(qiáng)?？忌鷳?yīng)結(jié)合“新工科”趨勢(shì)，關(guān)注跨學(xué)科專業(yè)如“集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)”、“納米科學(xué)與工程”，為未來(lái)參與高端制造和研發(fā)打下基礎(chǔ)。

其二，注重基礎(chǔ)學(xué)科素養(yǎng)與實(shí)踐創(chuàng)新能力并重。

芯片突破離不開(kāi)扎實(shí)的數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)基礎(chǔ)。高考生在高中階段應(yīng)夯實(shí)理科根基，培養(yǎng)邏輯思維和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。進(jìn)入大學(xué)后，除了學(xué)習(xí)理論知識(shí)，更要積極參與科研項(xiàng)目、競(jìng)賽和實(shí)習(xí)，像北京大學(xué)團(tuán)隊(duì)那樣，將課堂知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題解決。建議選擇那些提供實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放資源、校企合作項(xiàng)目的高校和專業(yè)，在實(shí)踐中提升動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)。

其三，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作與國(guó)際化視野。

現(xiàn)代科技突破往往是集體智慧的結(jié)晶。高考生應(yīng)選擇那些鼓勵(lì)合作學(xué)習(xí)、擁有多元學(xué)術(shù)氛圍的院校。此外，隨著科技全球化深入，掌握外語(yǔ)、了解國(guó)際前沿動(dòng)態(tài)至關(guān)重要。考生可關(guān)注開(kāi)設(shè)雙語(yǔ)課程或國(guó)際交流項(xiàng)目的專業(yè)，為未來(lái)參與國(guó)際合作研究做準(zhǔn)備。北京大學(xué)的成功也啟示，專業(yè)選擇不應(yīng)局限于熱門(mén)，而應(yīng)結(jié)合個(gè)人興趣與時(shí)代需求，在持久熱情中尋找突破點(diǎn)。

北京大學(xué)的這一突破不僅是科技實(shí)力的展示，更為年輕一代指明了投身科技創(chuàng)新、服務(wù)國(guó)家發(fā)展的路徑。在丙午馬年的新春伊始，這一成果象征著中國(guó)在芯片賽道上的奔騰向前，激勵(lì)著未來(lái)學(xué)子以智慧和汗水，書(shū)寫(xiě)屬于自己的科技篇章。