近日，国际顶级学术期刊《科学·进展》刊发了一项来自北京大学电子学院彭练矛院士、邱晨光团队的重磅成果：
全球首款1纳米物理栅长铁电晶体管研制成功，在极低电压下实现极致功耗控制，电压效率直接提升125%，创下铁电器件领域全新世界纪录。
这不仅是芯片基础研究的重大突破，更为后摩尔时代的低功耗芯片、存算一体、AI算力硬件提供了一条全新的“中国路径”。
一、什么是1纳米栅极？为什么它如此重要？
在芯片领域，栅长直接决定晶体管的尺寸、速度与功耗。
目前全球最先进的量产工艺已逼近2nm，而真正卡在物理极限的，正是栅极尺寸无法无限缩小。
传统铁电晶体管有一个致命痛点：
想要让铁电材料极化翻转、实现数据存储，必须施加较高电压，导致功耗高、发热大，一旦尺寸缩小，性能会急剧恶化。
北大团队给出的答案是：
把栅极直接缩到1纳米物理长度，利用尖端“电场汇聚效应”，用极小电压激发出极强的局部电场，四两拨千斤地驱动铁电翻转。
简单说：
以前是“大力出奇迹”，现在是精准控电场。
二、性能有多强？一组数据看懂全球第一
这项1纳米铁电晶体管，直接刷新多项纪录：
- 物理栅长：1nm（全球最小铁电晶体管）
- 工作电压：0.6V（低于当前主流芯片电压）
- 单位能耗：0.45fJ/μm（比现有最优水平低两个数量级）
- 电压效率：提升125%，突破铁电材料理论极限
- 工艺兼容：可直接对接现有CMOS产线，具备量产潜力
它实现了更小尺寸、更低电压、更低功耗、更高可靠性的四重突破，是真正意义上的下一代存储与计算核心器件。
三、和现有主流铁电晶体管相比，优势到底在哪？
为了让你更直观理解，我把它与当前行业最先进的HfO₂基铁电晶体管做一次简明对比：
1. 尺寸极限
- 现有主流：栅长多在几十纳米级别
- 北大1nm：直接进入亚1nm终极尺度，逼近硅基物理极限
2. 工作电压
- 现有主流：普遍 ≥ 0.7V
- 北大1nm：0.6V即可稳定工作，更低电压=更低功耗
3. 功耗水平
- 现有主流：微瓦/纳瓦级
- 北大1nm：飞焦级超低能耗，差距达到100倍以上
4. 核心机制
- 现有主流：靠高电压强行极化翻转
- 北大1nm：电场汇聚增强，小电压实现强操控，原理更先进
5. 产业化前景
- 现有主流：工艺复杂、集成难度高
- 北大1nm：兼容标准CMOS工艺，可量产、可落地
可以说，这不是简单的性能提升，而是底层原理的代际跨越。
四、这项技术，将改变哪些行业？
1nm栅极铁电晶体管，不是实验室里的“花瓶技术”，它将直接影响未来5–10年的芯片格局。
✔ 手机与可穿戴设备
更低功耗意味着超长待机、更强续航、更冷静的机身，未来智能手表、耳机、AR/VR设备将迎来续航革命。
✔ AI与边缘计算
存算一体架构将真正落地，AI推理功耗大幅下降，端侧智能更强大、更省电。
✔ 数据中心与超算
解决算力暴涨带来的能耗危机，让高密度、低功耗AI芯片成为可能。
✔ 物联网与智能硬件
海量传感器、智能终端可以做到微安级功耗，真正实现万物互联。
在后摩尔时代，当制程逼近物理极限，新材料、新结构、新原理才是真正的胜负手。
五、中国芯片，正在从“跟跑”走向“领跑”
彭练矛院士团队长期深耕碳纳米管、超低功耗器件、后摩尔器件领域，此次1纳米铁电晶体管的突破，再次证明：
中国在芯片基础研究与原创器件领域，已经具备世界一流实力。
更重要的是，该技术拥有完全自主知识产权，核心专利、设计方案、工艺路线均由北大团队独立完成，不受外部限制。
从实验室走向产业，预计3–5年可逐步实现商业化落地。
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