未来，智能手机实现数周超长待机、物联网传感器电池续航数年、可穿戴设备告别频繁充电，这些曾被视为科幻场景的愿景，正随着一项颠覆性技术突破加速成为现实。北京大学电子学院科研团队近日宣布，成功研制出全球首款“纳米栅超低功耗铁电晶体管”，这项被国际学术界评价为“四两拨千斤”的创新成果，为解决芯片能耗难题开辟了全新路径。
传统芯片架构中，存储与计算模块的物理分离导致数据频繁搬运，如同厨师烹饪时需反复往返仓库取调料，既浪费时间又消耗能量。研究团队负责人邱晨光研究员指出，铁电晶体管虽具备“存算一体”特性——既能存储数据又可进行计算，且断电后信息不丢失，但其高操作电压导致的巨大功耗始终制约着实际应用。此次突破的关键在于，团队将晶体管核心部件栅极尺寸压缩至1纳米级别。
这个尺寸相当于将头发丝直径（约8万至10万纳米）缩小十万倍。在原子级精度的操控下，科研人员构建出极细的“电场探针”，使通电时电场能量如水流汇聚针尖般高度集中。实验数据显示，仅需施加0.6伏微小电压即可精准操控晶体管开关，较主流芯片0.7伏工作电压降低14%，开关能耗较国际最优水平下降一个数量级，电压效率突破铁电材料理论极限达125%。
“这相当于用绣花针撬动巨石。”邱晨光形象比喻道。通过重构晶体管物理结构，团队成功破解了传统铁电器件“高能耗”与“高性能”不可兼得的矛盾。该成果已发表于国际权威期刊《科学·进展》，审稿人评价其“重新定义了低功耗电子器件的可能性边界”。
这项技术对产业界的潜在影响正在显现。团队首席科学家彭练矛教授透露，采用该晶体管的芯片可使移动终端、自动驾驶系统、云端服务器等设备在极低功耗下完成海量计算任务。特别对于能耗巨大的AI大模型训练而言，这种“尺寸越小越省电”的特性，为突破算力提升的能耗瓶颈提供了关键解决方案。目前，研究团队正与多家半导体企业推进技术转化，预计3-5年内实现商用落地。
