重大突破！日科学家造出新型芯片，小型设备续航暴涨数十倍

智慧手机长时间使用为何容易发烫、电量急速下滑？根本原因之一，就在设备电子电路与记忆体运行时不断消耗电能与散发热量。

为了解决问题，科学家早在1971年便提出潜力解方──铁电隧道结（ferroelectrictunneljunction，FTJ）。这种记忆体利用“铁电性”原理运作：特定材料内电极化方向可受外加电场切换，极化状态改变会影响电流通过材料的难易度，故能以0与1储存资料。

但传统铁电材料有大弱点：元件尺寸若缩小，性能就跟著劣化，使发展陷入瓶颈。

氧化铪打开新局

转机出现在2011年。科学家发现，广泛用于半导体制造的材料“氧化铪”（hafniumoxide），即使薄到极限，仍保有电极化特性。以此为基础，东京科学大学（InstituteofScienceTokyo）真岛豊教授（YutakaMajima）率领团队，开发仅25纳米见方的超微型记忆体元件，约人类头发直径三千分之一。

将记忆体缩小至这个程度，就面临新棘手挑战：电流容易沿著材料内微小晶粒的晶界（晶粒边界）泄漏，这问题长期阻碍元件再微缩。团队采取反直觉策略：不回避问题，而是把元件做得更小，降低晶界对性能的影响。他们同时开发全新制程，加热电极使其自然形成半圆形结构，让元件内部更接近单晶（singlecrystal）状态，根本上减少漏电路径。

“越小越好”颠覆传统认知

结合上述结构设计与极致微缩，团队元件达成优异性能，更证实出乎意料的现象：元件越小，性能反而越好，颠覆了电子产业长期“缩小必然造成性能损失”的假设。

若新技术顺利商业化，影响相当深远。智慧手表或许只充电一次就能使用数个月，遍布各处的感测器网络也不再需要频繁更换电池。人工智能（AI）领域，这类记忆体有望大幅降低耗电时加速运算。由于氧化铪本就相容现有半导体制程，整合门槛较低，有望加速商业化。

真岛豊教授表示：“挑战科学的极限，就像在黑暗中前行，是持续的挣扎。但正是质疑既有假设、探索克服障碍的新方法，我们才能发现全新视野。希望这项成果能激发年轻世代的好奇心，共同建构更美好的世界。”