科学家造出一款“反常规”的微型存储芯片

计算机内存本质上是通过控制电流在材料中通断来存储0和1。若能大幅降低内存耗电，就能显著减少手机、电脑等电子设备的能源消耗。早在1971年提出的铁电隧道结（FTJ）内存，利用材料内部电极化方向的翻转来调控电流，实现数据存储。但传统材料在器件微型化过程中性能急剧下降，尤其当尺寸缩小后，晶粒边界处易发生漏电，严重制约发展。2011年，科学家发现常用材料氧化铪（hafnium oxide）即使薄至几纳米仍能保持稳定电极化，为突破带来契机。东京科学研究所的松间豊教授团队以此为基础，成功研制出直径仅25纳米（约为人发直径的三千分之一）的FTJ内存器件。他们没有回避纳米尺度下的漏电问题，反而另辟蹊径：进一步缩小器件尺寸，削弱晶界影响；同时创新电极制备工艺——加热使电极自然形成半圆形结构，使整体更接近单晶状态，从而大幅减少漏电路径。实验表明，该器件不仅性能优异，更颠覆性地验证了‘越小越强’的规律：尺寸减小反而提升存储稳定性与能效。这项技术若投入应用，智能手表或可单次充电使用数月，物联网传感器网络有望免于频繁换电池；在人工智能领域，它能支撑更快速、更低功耗的运算。由于氧化铪已广泛用于现有芯片产线，该内存有望较快集成进日常电子产品。松间教授指出，挑战‘尺寸不能更小’‘器件会因此失效’等固有认知如同暗夜行路，充满艰辛；但正是对常识的质疑与对新路径的探索，带来了全新视角——他期待这一成果能激发青年一代的好奇心，共同建设更美好的未来。