1.打破20年技术僵局！西电团队攻克芯片散热世界难题；

2.东南大学团队多能“彩色”X射线成像研究成果发表于《Science Advances》；

3.清华集成电路学院刘玉玺团队提出基于磁斯格明子量子比特与量子化表面声波的信息处理新方案；

4.北京大学物理学院量子材料科学中心陈剑豪课题组发现几何阻挫磁性绝缘体中的长距离自旋输运

1.打破20年技术僵局！西电团队攻克芯片散热世界难题

长期以来，半导体面临一个根本矛盾：我们知道下一代材料的性能会更好，却往往不知道如何将它制造出来。“就像我们都知道怎么控制火候，但真正把握好却很难。”周弘这样比喻。近日，郝跃院士张进成教授团队的最新研究在这一核心难题上实现了历史性跨越——他们通过将材料间的“岛状”连接转化为原子级平整的“薄膜”，使芯片的散热效率与综合性能获得了飞跃性提升。这不仅打破了近二十年的技术停滞，更在前沿科技领域展现出巨大潜力，相关成果已发表在国际顶级期刊《自然·通讯》与《科学·进展》。

该论文入选Science Advances封面论文之一

从“凹凸岛屿”到“平整大道”

一项改写范式的工艺革命

在半导体器件中，不同材料层间的界面质量直接决定了整体性能。特别是在以氮化镓为代表的第三代半导体和以氧化镓为代表的第四代半导体中，一个关键挑战在于如何将它们高效、可靠地集成在一起。传统方法使用氮化铝作为中间的“粘合层”，但“粘合层”在生长时，会自发形成无数不规则且凹凸不平的“岛屿”。“这就像在凹凸不平的堤坝上修建水渠”，周弘解释道。“‘岛状’结构表面崎岖，导致热量在界面传递时阻力极大，形成‘热堵点’。” 热量散不出去，就会在芯片内部累积，最终导致性能下降甚至器件烧毁。这个问题自2014年相关成核技术获得诺贝尔奖以来，一直未能彻底解决，成为制约射频芯片功率提升的最大瓶颈。

团队的突破，在于从根本上改变了氮化铝层的生长模式。他们创新性地开发出“离子注入诱导成核”技术，将原来随机、不均匀的生长过程，转变为精准、可控的均匀生长。“就像把随机播种变为按规划均匀播种，最终长出了整齐划一的庄稼。”周弘如此形容。这项工艺使氮化铝层从粗糙的“多晶岛状”结构，转变为原子排列高度规整的“单晶薄膜”。

这一转变带来了质的飞跃：平整的单晶薄膜大大减少了界面缺陷，热可快速通过缓冲/成核层导出。实验数据显示，新结构的界面热阻仅为传统“岛状”结构的三分之一。这项看似基础的材料工艺革新，恰恰解决了从第三代到第四代半导体都面临的共性散热难题，为后续的性能爆发奠定了最关键的基础。

性能跃升40%

从实验室数据到未来应用的广阔前景

工艺的突破直接转化为器件性能的惊人提升。基于这项创新的氮化铝薄膜技术，研究团队制备出的氮化镓微波功率器件，在X波段和Ka波段分别实现了42 W/mm和20 W/mm的输出功率密度。这一数据将国际同类器件的性能纪录提升了30%到40%，是近二十年来该领域最大的一次突破。

“这意味着，在芯片面积不变的情况下，装备探测距离可以显著增加；对于通信基站而言，则能实现更远的信号覆盖和更低的能耗。”周弘说道。

对于普通民众，这项技术的红利也将逐步显现。虽然当前民用手机等设备尚不需要如此高的功率密度，但基础技术的进步是普惠的。“未来，手机在偏远地区的信号接收能力可能更强，续航时间也可能更长。”更深远的影响在于，它为推动5G/6G通信、卫星互联网等未来产业的发展，储备了关键的核心器件能力。

未来蓝图

新的研究范式开辟半导体新路径

这项研究成果的深远影响，远不止于几项破纪录的数据。其核心价值在于，它成功地将氮化铝从一种特定的“粘合剂”，转变为一个可适配、可扩展的“通用集成平台”，为解决各类半导体材料高质量集成的世界性难题，提供了可复制的中国范式。

“我们的工作为解决‘如何让两种不同材料完美结合’这一根本问题，提供了一个标准答案。”周弘强调。

研究团队的目光已经投向更远处。氮化铝固然优秀，但还有像金刚石这样导热性能更强的终极材料。“如果未来能将中间层替换为金刚石，器件的功率处理能力有望再提升一个数量级，达到现在的十倍甚至更多。”当然，这需要另一个周期的长期攻关，或许又是一个“以十年计”的科研征程。这种对材料极限的持续探索，正是半导体技术不断向前发展的核心动力。

从1990年代末郝跃院士团队开始相关探索，到如今集大成的突破，这项成果凝聚了二十多年的持续钻研。它生动地证明，在芯片这样的硬科技领域，从理论到落地需要长期专注的基础研究作为支撑。这项研究的成功不仅标志着我国在半导体前沿领域实现了从跟跑到并跑、领跑的关键一跃，也为全球半导体技术的进步提供了新的中国方案。

当我们未来在山区自驾时，导航信号依然稳定；当手机在重要时刻不再因为发热而卡顿；当电动汽车的续航因为更高效的芯片而得到提升——这些看似微小的改变，背后都离不开像这样在材料层面实现的技术进步。随着这项共性技术的成熟与扩散，它将继续巩固我国在第三代半导体领域的优势，并加速第四代半导体的实用化进程，为保障国家信息技术产业安全、抢占未来科技制高点注入强劲的源动力。（来源：西安电子科技大学）

2.东南大学团队多能“彩色”X射线成像研究成果发表于《Science Advances》

近日，东南大学电子科学与工程学院徐晓宝/雷威教授团队在多能X射线成像与智能物质识别方向取得重要进展。相关成果以《基于单极性钙钛矿探测器的多能X射线成像及智能物质识别》（英文题目：Multi-energy X-ray imaging enabled by unipolar perovskite detector for intelligent substance identification）为题，发表在国际学术期刊《科学进展》（Science Advances）上。

多能X射线成像有望在传统“黑白”X射线基础上增加一维材料成分信息，是医学诊断、工业无损检测和安全检查等领域的重要发展方向。本工作围绕“如何在普通X射线源下高效获取多能信息并实现智能识别”这一问题，提出了具有代表性的技术路线，主要体现在以下三个方面：

图1，（A）多能X射线成像及智能物质识别系统的工作原理图；（B）该系统对鸡爪的成像与生物组织识别结果。

亮点一：单极性钙钛矿探测器实现“电压编码多能”

团队设计并制备了单极性 n–i–n 结构钙钛矿X射线探测器，通过调控Bi掺杂实现对电子的优先收集，使器件工作时主要由电子主导传输。在此基础上，利用外加偏压精细调控器件内部电场和电子漂移长度，将连续谱X射线在普通球管条件下“分解”为多个能量通道，无需单光子计数即可在高通量下获得多能图像。

亮点二：构建基于 σ(Ei)/σ(Ej) 的多能材料库与智能识别算法

论文提出利用不同能量下线性衰减系数比值 σ(Ei)/σ(Ej) 构建材料“能量指纹”，有效削弱样品厚度和剂量波动带来的影响。在此基础上，团队针对金属、聚合物、生物组织等典型材料建立多能材料库，并引入机器学习分类算法，对多能成像数据进行逐像素比对与判别，实现复杂叠层和厚度变化条件下的自动物质识别与伪彩显示，可区分原子序数和密度非常接近的材料以及细微软组织结构。

亮点三：高成像质量与工程可扩展性兼具

该多能成像系统在常规X射线球管条件下表现出较高的探测量子效率和良好空间分辨率，兼顾成像质量与探测效率。同时，器件结构相对简单、制备工艺具备可放大性，易与现有读出电路及成像设备集成，为后续发展低成本多能CT、在线工业检测与智能安检等应用提供了可行的器件与系统方案。

论文第一作者为东南大学电子科学与工程学院博士生李雨巍，通讯作者为东南大学徐晓宝教授、雷威教授及瑞典林雪平大学高峰教授。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等项目的资助。（来源：东大电子）

3.清华集成电路学院刘玉玺团队提出基于磁斯格明子量子比特与量子化表面声波的信息处理新方案

近日，清华大学集成电路学院刘玉玺教授团队提出并设计了由磁斯格明子量子比特与表面声波腔构成的混合量子系统。

随着量子信息技术的快速发展，构建大规模、可扩展的量子计算系统成为全球竞争的焦点。现有主流超导量子计算方案虽然运算速度较快，但信息存储时间较短，而且信息传输也依赖于大尺寸的微波传输线及谐振腔。这些因素极大地限制了超导量子芯片高密度集成与扩展。

图1.系统装置示意图

斯格明子是一种具有拓扑稳定性的磁性准粒子，尺寸可达纳米量级，具有系统参数设计灵活的特点，是构建紧凑型量子信息存储比特的理想备选对象。另一方面，表面声波在相同频率下的波长比电磁波小约5个数量级，这使其谐振腔尺寸比微波谐振腔至少小3个量级。同时，这类腔的自由光谱范围较窄，可支持多个长寿命的模式。因此，表面声波腔适合作为微型化的量子数据总线或寄存器，实现量子信息在处理器与存储器之间的有效传输。

图2.研究结果

研究团队通过理论计算与分析，深入揭示了该系统中斯格明子量子比特与表面声波声子间的强耦合机制。利用外部磁场调控斯格明子量子比特，可实现比特寻址特定声子模式、比特诱导特定声子模式间的相互耦合、以及声子诱导比特间的相互耦合，这些操控均可工作在强耦合区域。这意味着量子信息可以在比特与声子、声子与声子、以及比特与比特之间有效地传递，为进一步实现高保真量子逻辑门操作提供了潜在可能。通过结合已有的斯格明子位置调控手段，该混合量子系统还可进一步拓展到多比特系统。

该设计方案具有尺寸小、集成度高、可调控性强等显著优势，同时也可与超导量子计算芯片进一步集成，为高密度片上量子信息处理提供了新的解决思路。

相关成果以“基于斯格明子量子比特与量子化表面声波的混合量子信息处理”（Hybrid quantum surface acoustic wave with skyrmion qubit for quantum information processing）为题，于2026年1月6日发表在国际著名期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志。

论文的第一作者是清华大学集成电路学院的博士后陈煜远，通讯作者是刘玉玺教授。此外，湖南师范大学的彭智慧教授也参与了该研究。该研究得到国家自然科学基金委重大研究计划项目和面上项目的支持。（来源：清华大学）

4.北京大学物理学院量子材料科学中心陈剑豪课题组发现几何阻挫磁性绝缘体中的长距离自旋输运

北京大学物理学院量子材料科学中心、纳米器件物理与化学教育部重点实验室、北京量子信息科学研究院陈剑豪课题组与谢心澄院士等合作，首次在几何阻挫磁性绝缘体中观测到了自旋关联诱导的长距离自旋输运。2026年1月7日，相关研究成果以《超笼目阻挫磁体Gd3Ga5O12中的长距离自旋输运》（“Long-distance spin transport in frustrated hyperkagome magnet Gd3Ga5O12”）为题在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）上。

利用极化的电流传输信息是自旋电子学技术的核心，而电流不可避免地会带来焦耳热。为降低热损耗，研究发现铁磁和反铁磁绝缘体中的磁振子可以有效承载自旋流，开辟了基于磁振子的自旋电子学新领域——磁振子学（magnonics）。阻挫磁体因存在本征的自旋涨落，在很低温度下也不能形成磁有序，因此没有良好定义的磁振子，其中是否可以承载自旋流还未被研究。

Gd3Ga5O12（GGG）具有超笼目（hyperkogome）结构，是一种几何阻挫的磁性绝缘体。GGG在室温下表现为顺磁绝缘体，常被用做生长钇铁氧石榴石（YIG）薄膜的衬底；而在低温下表现出复杂的磁相，已报道的包括自旋玻璃、自旋液体和十自旋环指向态的“隐藏序”（图1b）。其中十自旋环指向态（ten-spin director）不破坏任何晶体结构或时间反演对称性，在较低磁场和温度下仍存在自旋-自旋关联。

图1（a）磁有序体系中的自旋波示意图和磁阻挫体系中的自旋涨落示意图（b）GGG中由Gd3+的十自旋环形成的长程指向态示意图。橙色双头箭头表示与自旋环平面垂直的指向矢，较小的灰色箭头表示局域磁矩（c）仅显示了Gd原子的GGG晶体结构，两套子格子分别用灰色和粉色表示（d）非局域自旋输运测量器件示意图。在GGG衬底上沉积两根Pt电极，一根通过热激发注入自旋流，另一根通过逆自旋霍尔效应检测自旋信号

近日，陈剑豪团队与谢心澄、近藤龙一（Ryuichi Shindo）研究员，复旦大学肖江教授，浙江大学汪臻涛教授等合作，通过制备GGG/Pt异质结器件，研究了GGG中的热激发非局域自旋输运性质。研究发现，除了正常的自旋输运信号（类似于磁有序系统中的磁振子输运信号）外，在温度5K和磁场9T以下会出现反常的自旋信号（图2ab）。该反常态的信号与正常态相反，并且有一个延迟相位；反常态中的自旋输运可达480um，比正常态下的自旋输运距离高出两个数量级（图2cd）。宏观上，反常态的响应可以用过阻尼受迫振子模型描述；微观上，蒙特卡罗模拟表明在反常态下存在显著的自旋涨落、自旋-自旋关联，而没有常规的磁振子（图3）。此研究通过一种有效的电学方法来表征阻挫磁性绝缘体，并揭示了阻挫磁性绝缘体作为自旋输运通道材料的潜力。

图2（a）V2ωX的B-T相图（b）V2ωY的B-T相图。红色区域为正常态，只有正的V2ωY信号；蓝色区域为反常态，具有负的V2ωY信号和非零的V2ωX信号（c）自旋输运信号随传输距离变化图，反常态的GGG具有比其正常态以及反铁磁二维材料MnPS3高出两个数量级的传输距离（d）GGG中自旋输运距离与文献中报道的热激发磁振子最大输运距离比较

图3（a）不同温度下2ωX和2ωY随激发频率的变化图（b）过阻尼受迫振子响应的实部和虚部的理论模拟（c）蒙特卡罗计算磁化率的B-T相图（d）2K温度下蒙特卡罗模拟磁振子寿命随磁场的变化

北京量子信息科学研究院助理研究员陈迪为研究成果的第一作者，汪臻涛、肖江和陈剑豪为通讯作者。此项工作得到了国家重点研发计划“物态调控”重点专项、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等项目的支持。（来源：北京大学）