复旦大学团队在单电子量子存储领域取得重大突破

7月17日凌晨，复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室集成电路与微纳电子创新学院的周鹏-刘春森研究团队在《科学》（Science）期刊上发表了具有里程碑意义的研究成果。

该团队研发的“量子闪存”（Quantum Flash）技术成功构建了共面的漏极-沟道-源极“归壹”结构，首次在室温（27℃）条件下清晰观测到单电子的非易失性存储行为。

漏极-沟道-源极“归壹”结构

研究团队基于量子力学的基本原理，重新审视了单电子操控的边界条件。通过利用二维半导体材料原子级厚度所具备的天然“电子囚禁”特性，团队提出了一种自对准平面裁剪方案，成功构建出共面的漏极-沟道-源极结构。实验结果显示，仅需注入一个电子，即可实现0.5伏特的存储窗口，且数据在室温下保持稳定。

与1997年《科学》杂志报道的硅基单电子存储（55 mV，仅维持5秒）相比，该成果将室温下的单电子量子态信号放大了近一个数量级，并首次实现了非易失性存储。这一突破不仅颠覆了“单电子存储不可实现”的传统认知，还为单电子量子存储开辟了全新的理论体系。

此外，该研究为人工智能时代算力的跃迁提供了关键理论支撑。

早在2023年4月，周鹏-刘春森团队已在《自然》（Nature）期刊上发表“破晓（PoX）”器件，实现了400皮秒的超高速非易失存储，解决了自1967年浮栅晶体管发明以来，高速与非易失性难以兼得的长期技术难题。

“破晓（PoX）”皮秒闪存器件

半年后，团队进一步将该技术集成至CMOS工艺中，开发出“长缨（CY-01）”混合架构全功能闪存芯片，攻克了新型二维信息器件在工程化过程中的关键挑战，验证了其与CMOS硅工艺的兼容性，为后续产业化奠定了基础。该成果被Nature评价为“原创性突破”，并入选2025年度“中国科学十大进展”。

封装后的二维-硅基混合架构闪存芯片（带PCB板）

目前，该团队已系统性地打通了从底层材料、器件创新到高端芯片集成与应用的全链条：通过“破晓”实现存取速度的突破，“归壹”解决存储密度极限，“长缨”则完成了与现有CMOS硅工艺兼容的原型芯片验证。

团队计划在未来1至3年内推动相关产品落地，包括成立专门公司对接人工智能领域的头部客户，引入战略合作伙伴，并借助政府和社会资源，将原始创新转化为实际生产力。

复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室、集成电路与微纳电子创新学院的准聘副教授刘春森与教授周鹏为该论文的通讯作者，刘春森与博士生向昱桐为论文的第一作者。研究工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金人才项目、上海市基础研究特区计划等项目的资助，以及教育部创新平台的支持。

（本文摘编自：复旦大学）

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