复旦团队在《科学》发表“量子闪存”颠覆性成果：室温下实现单电子非易失存储，触及信息存储理论极限

7月17日，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周鹏-刘春森研究团队在《科学》（Science）主刊发表了一项足以改写存储技术底层逻辑的重磅成果。 他们发明的“量子闪存”（Quantum Flash）技术，首次在室温环境下清晰观测并实现了单电子的非易失性存储行为，将电荷信息存储的密度推向了“一电子一比特”的终极理论极限。

这一突破彻底颠覆了人们对存储技术的传统认知。作为对比，目前主流的动态随机存储器（DRAM）每存储1比特信息，需要在一个器件中维持多达20万个电子，这不仅限制了存储密度的提升，也带来了巨大的功耗和发热问题。周鹏-刘春森团队的工作相当于将存储一个“0”或“1”所需的电子数从20万骤减至1个，理论上能将存储环节的功耗降低至原来的数万分之一。

“单电子存储”的概念在上世纪末便曾被提出，但长期被科学界视为“理论上可行、实验中无法观测”的空中楼阁。 1997年，《科学》杂志曾报道过美国科学家的尝试，但单个电子仅贡献了数十毫伏的电压变化，且电荷状态在不到5秒内便告消失，此后的近30年间，这一领域再无突破性进展。此次复旦团队之所以能攻克这一世纪难题，关键在于他们从量子力学基本原理出发，彻底重构了器件物理结构。团队利用二维半导体原子级厚度的天然优势，独创性地提出了自对准平面裁剪方案，成功构建出共面的漏极-沟道-源极“归壹”结构，将寄生电容占比压制到3%以下，为单电子构筑了一条无能量泄露的通道。



实验数据显示，仅需向存储单元注入单个电子，器件的存储窗口便可达到0.5伏特，远超室温下可辨识的阈值，并且数据在断电后不会丢失，真正实现了非易失性。 这不仅将室温下的单电子量子态信号较1997年的报道放大了近一个数量级，更标志着宏观可观测的量子化存储行为首次在常温环境下成为现实。

除了器件层面的突破，该研究在理论范式上亦做出颠覆性创新。团队独创性地提出了“态密度剪刀”理论——通过在微观世界中引入无法容纳电子的“零态密度”区间，在能量空间中将特定的量子态精准“裁剪”使其消失。《科学》杂志审稿人对此给予高度评价，称其“引入新理论机制，使得量子态的工程化操控成为可能”，“前景广阔、潜在高影响力，在存储物理学和纳米器件工程领域备受关注”。

此项成果是周鹏-刘春森团队在存储器领域系统性攻关的又一巅峰。 此前，该团队已研制出世界最快的400皮秒“破晓”非易失存储器件，解决了高速与非易失无法兼得的基础性难题，并完成了与CMOS工艺兼容的“长缨”原型芯片验证，入选2025年度“中国科学十大进展”。此次“量子闪存”的问世，补齐了存储密度极限的最后一块拼图。团队透露，他们即将加快产业化进程，计划在1到3年内实现产品落地，通过成立公司对接人工智能头部客户，将实验室的原始创新转化为能够搭载于手机、服务器中的新质生产力。