当前全球芯片产业正面临一项基础性难题。随着人工智能应用快速增长，传统冯·诺依曼架构中计算与存储分离的短板愈发突出——海量数据在处理器与存储器之间频繁搬运，不仅能耗高，也显著拖累系统效率。业界将该瓶颈概括为“功耗墙”与“存储墙”的双重限制。如何在芯片持续微缩的同时实现计算与存储的深度融合，成为全球半导体研发的重要课题。铁电材料因具备可逆极化与非易失存储特性，长期被视为破局方向之一。然而当工艺逼近亚5纳米节点，传统铁电薄膜的瓶颈集中暴露：薄膜均匀性难以稳定、界面缺陷增多、厚度减薄后铁电性能明显衰减，使其在极端微缩条件下的应用受到限制。北京大学研究团队提出了一条新的技术路线。团队依托自主研发的高迁移率铋基二维半导体Bi2O2Se，首次实现原子级平整的二维铁电自然氧化物Bi2SeO5的晶圆级均匀制备。该新型铁电氧化物介电常数高达24，结构在600摄氏度以上仍保持稳定；更关键的是，在单晶胞厚度约1纳米的极限条件下依然保持良好铁电性能，突破了传统铁电材料的尺寸约束。基于这一材料进展，团队制备出高性能铁电晶体管阵列，能效表现突出：在0.8伏超低工作电压、20纳秒高速写入条件下，器件完成1.5万亿次循环后性能仍保持稳定，可靠性指标可满足云端人工智能计算的严苛需求。同时，器件实现32个稳定的多级存储态，并具备超过10年的数据保持能力，为长期存储提供了保障。更更，团队利用该器件构建出可动态重构的存内逻辑电路。在低于1伏的常规互补金属氧化物半导体电压条件下，同一器件既可执行逻辑运算，也可切换为非易失存储模式，真正实现“一器两用”的融合。其可重构能力为自适应智能芯片提供了新的设计思路，有望推动芯片架构从静态走向动态自适应。从对标结果看，该成果的综合指标超过当前工业级铪基铁电体系，能效较其他存储技术领先一到两个数量级。国际学术界对该工作给予积极评价，审稿人认为其“解决了二维铁电材料晶圆级集成难题”，并指出该成果“将对铁电材料与器件领域产生深远影响，为铁电二维电子学发展打开大门”。
在全球科技竞争持续加剧的背景下，这项源自中国的基础研究突破不仅说明了我国在新材料方向的创新水平，也为半导体产业突破关键瓶颈提供了新的路径。正如彭海琳教授所言：“基础材料的创新往往是颠覆性技术的源头。”随着后续产业化推进，“中国智造”有望在该关键领域实现从跟跑到领跑的跨越。（完）